Tilbake til søkeresultatene

FRIMED2-FRIPRO forskerprosjekt, medisin og helse

KARMA - an innovative method to analyze cellular fate of proteins and its application to probe the control of proteostasis

Alternativ tittel: KARMA - en innovativ metode for å analysere cellulær skjebne til proteiner og dens anvendelse til å undersøke kontrollen av proteostase

Tildelt: kr 12,0 mill.

Celler produserer et stort antall forskjellige proteinkomplekser, som hver består av mange individuelle proteiner. Disse proteinkompleksene, som ribosomer, er det som styrer nesten alle cellens livsopprettholdende biologiske funksjoner. Biologer har lykkes med å bestemme strukturen til mange proteinkomplekser, men det er veldig lite kjent om hvordan de enkelte proteinkompleksene monteres og hvordan de endres dynamisk over tid. Vi utviklet en innovativ metode kalt KARMA for å studere disse spørsmålene, som står for kinetisk analyse av rate for inkorporering i makromolekylære samlinger. I likhet med datering av geologiske fossiler, bruker KARMA innholdet av isotopmerkede molekyler til å måle alderen på cellulære proteiner. Dette gjør det mulig å spore dynamiske endringene av proteinkompleks-samlinger, selv for svært store komplekser og med høy tidsoppløsning. Velkjente sykdommer som Alzheimers sykdom, Parkinsons sykdom eller diabetes har sin opprinnelse fra feilsammensatte proteinkomplekser, aggregater. Slike aggregater dannes på grunn av tap av proteostasekontroll - en tendens til at cellene våre kontinuerlig holder proteiner og proteinkomplekser i dynamisk arbeidende tilstand. Vi vil bruke styrken til KARMA til å studere hvordan et sett proteinkomplekser som beskytter andre cellulære proteiner holder seg funksjonelle og forhindrer feilmontering av protein. Vi vil også se på årsakene til at helsetruende proteinaggregater dannes i cellene våre, eksempelvis slike som forårsaker Alzheimers sykdom,. I tillegg til disse svært viktige spørsmålene, vil vårt arbeid gjøre det mulig for forskere å forstå et bredt spekter av dynamiske prosesser som COVID og andre infeksjoner.

To be properly functional, cells must keep myriad protein molecules and their complexes in a working condition, which is known as proteostasis. Loss of proteostasis is detrimental. For example, well heard-of illnesses including Alzheimer’s disease, Parkinson disease or diabetes originate from the cell's inability to keep the functional state of proteins. To understand the mechanisms of proteostasis and origins of its failure it is important to characterise the fate of cellular proteins (protein dynamics) including when and how they fold, assemble into multiprotein complexes, get modified and eliminated. Surprisingly, our knowledge of the protein dynamics is very fragmentary. For instance, the assembly mechanisms were studied for only a handful of ~4000 protein complexes present in mammals alone! To gain insight into the mechanisms of proteostasis, we propose to implement an innovative method entitled kinetic analysis of incorporation rates in macromolecular assemblies (KARMA), which would allow us to elucidate protein dynamics in the context of live cells. Using KARMA and budding yeast - a very powerful model system - we will address challenging questions in the field of proteostasis: How does the proteostasis network – the guardian of cellular proteins - keeps itself functional? How are vital cellular structures affected by the proteostasis failure? How exactly do disease-causing protein aggregates form in live cells? The implementation of KARMA requires an interdisciplinary effort at the intersection of biochemistry, quantitative mass-spectrometry and analysis of metabolic processes. KARMA is a very generic technique that can be used in various organisms not only to tackle the control of proteostasis but also to answer questions ranging from the formation of protein complexes to the mechanisms of viral infection.

Aktivitet:

FRIMED2-FRIPRO forskerprosjekt, medisin og helse

Finansieringskilder