Tilbake til søkeresultatene

FRIMEDBIO-Fri prosj.st. med.,helse,biol

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 mange proteiner og proteinkomplekser som sammen utfører cellens livsopprettholdende aktiviteter. For eksempel ribosomer som lager alle cellulære proteiner eller den mitokondrielle respirasjonskjeden som gjør at cellene våre kan puste. Likevel vet vi veldig lite om hvordan det sikres at mange cellulære proteinmaskiner forblir funksjonelle. Dette spørsmålet er ikke bare av akademisk verdi, men har også viktige medisinske implikasjoner. Velkjente aldringsrelaterte sykdommer som Alzheimers sykdom, Parkinsons sykdom eller diabetes er konsekvensen av manglende evne til å opprettholde proteostase – en tendens til å opprettholde den funksjonelle tilstanden til celleproteiner. Dette fører til akkumulering av ikke-funksjonelle og giftige proteinaggregater og til slutt til celledød og sykdom. I dette prosjektet tar vi sikte på å vitenskapelig forstå mekanismene til proteostase og konsekvensene av dens feil ved å bruke innovativ metode, Kinetic Analysis of incorporation Rates in Macromolecular Assemblies, eller kort sagt KARMA. KARMA fungerer på lignende grunnlag som geologisk fossildatering. Den bruker isotoper (atomer med endret vekt) for å spore skjebnen til cellulære proteiner fra produksjonen til de blir en del av kompleksene og til den endelige elimineringen. Ved å bruke KARMA fokuserer vi på hvordan proteostasesårbarheter kan føre til sykdom. For det første bruker vi KARMA til å undersøke livssyklusen til viktige proteinmaskiner som er involvert i aldringsrelaterte lidelser. For det andre utforsker vi virkningen av feilfunksjonen i proteostasenettverket – et spesialisert cellulært maskineri som sikrer proteostase – på cellulære proteiner i funksjonstilstand. For det tredje undersøker vi molekylære mekanismer som fører til utvikling av helsebehandlende proteinaggregater observert i proteostaseforstyrrelser, som ved Alzheimers sykdom. For å utforske disse aspektene ved proteostase bruker vi bakegjær, som er en veldig enkel encellet modellorganisme. Til tross for enkelhet har bakegjær et menneskelignende proteostasenettverk og en svært lik liste over proteinmaskiner som er involvert i menneskelige aldringsrelaterte lidelser. Enkelheten til bakegjær gir oss en unik fordel ved å fleksibelt manipulere proteostase og analysere konsekvensene med KARMA. Foreløpig gjorde KARMA-metodikken oss i stand til å beskrive livssyklusen til Nuclear Pore Complex, som er en av de mest sofistikerte sykdomsimpliserte proteinsammenstillingene, og oppdage nye elementer som hjelper cellene med å produsere disse strukturene. Våre allerede publiserte resultater ga det vitenskapelige samfunnet et verktøy som gjør det mulig å studere forskjellige biogenerative prosesser som sammensetning av proteinkomplekser eller for eksempel viral reproduksjon (som i COVID). Vårt pågående arbeid forbedrer KARMA-metodikken, utforsker virkningen av proteostasenettverksfeil på livssyklusen til cellulære proteiner og på utviklingen av ikke-funksjonelle proteinaggregater.

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.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

FRIMEDBIO-Fri prosj.st. med.,helse,biol

Finansieringskilder