Ytkänslig mikroskopi för studier av cellmembran
Forskningsprojekt , 2015 – 2018

Allt liv bygger på komplexa nätverk av finjusterad växelverkan mellan biologiska molekyler och molekylära strukturer. En av de viktigaste strukturerna är det lipidbaserade membran som omsluter varje cell. På grund av den viktiga roll detta så kallade cellmembran spelar för cellers kommunikation med sin omgivning, har det sedan länge varit föremål för intensiv forskning inom såväl medicin, biologi, kemi och biofysik. Den allt djupare förståelse som byggts upp kring cellmembranets funktion går hand i hand med utvecklingen av extremt känsliga bioanalytiska mätinstrument. För att fullt ut kunna utnyttja den potential sådana instrument erbjuder, har ett lika viktigt bidrag till den ökade förståelsen varit utvecklingen av förenklade strukturer som efterliknar endast de mest centrala egenskaperna hos cellmembran. Än så länge har dock dessa varit mycket rudimentärt uppbyggda, och oftast bestått av endast ett fåtal olika lipider och proteiner. Vi har under den pågående projektperioden utvecklat nya metoder för att skapa konstgjorda cellmembranstrukturer som delar väsentligt fler egenskaper med levande cellers membran. En stor fördel med dessa strukturer är att det möjliggör studier av till exempel läkemedelsreceptorer och virus-interaktioner i en miljö som är mer lik den naturliga. I och med att komplexiteten ökar, är en nackdel dock att koncentrationen av de molekyler man vill studera blir väldigt låg. Det i sin tur leder till att mycket höga krav måste ställas på mätinstrumentens känslighet. I det här projektet kommer vi därför att utveckla nya mikroskopimetoder med en känslighet på enmolekylnivå, vilket alltså betyder att vi ska uppnå en känslighet som är tillräcklig för att urskilja en endaste molekyl, ofta inte större än några nanometer. Genom att använda en avbildande optisk metod i kombination med ljusspridning, är syftet med det här projektet att kunna studera hur tusentals molekyler, var och en urskild med enmolekylkänslighet, växelverkar med ett konstgjort cellmembran. Under genomförandet av det här tvärvetenskapliga projektet kommer vi att samverka med och guidas av biologer och medicinare, och inrikta studierna mot att bland annat förstå hur norovirus - som är det virus som ger upphov till den så kallade vinterkräksjukan - binder till cellmembran under själva infektionsögonblicket. Vi kommer också att studera två enzym som båda är relaterade till Alzheimers sjukdom: i) fosfolipas A2, ett enzym som har till uppgift att bryta ner de lipider som bygger upp cellmembran och som man vet överuttrycks på grund av inflammationer i hjärnan, och ii) beta-sekretas, ett slags trypsinliknande enzym som bildar de peptider som ger upphov till de så kallade "senila plack" som man finner i hjärnan hos patienter med Alzheimers. Dessutom kommer vi att studera inbindning av små molekyler, t ex läkemedelskandidater, till den viktiga men svårstuderade klassen av membranproteiner som mer än hälften av dagens läkemedel är riktade mot, nämligen G-protein kopplade receptorer; se t ex Nobelpriset i kemi 2012: http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2012/popular.html Genom att utföra studier på enmolekylnivå och samtidigt bevara den ursprungliga cellmembran-miljön för dessa känsliga biomolekylära system, är vårt övergripande mål att erbjuda ny kunskap av högsta relevans inom såväl medicinsk diagnostik och läkemedelsutveckling.

Deltagare

Fredrik Höök (kontakt)

Professor vid Chalmers, Fysik, Biologisk fysik

Finansiering

Vetenskapsrådet (VR)

Finansierar Chalmers deltagande under 2015–2018 med 4 400 000,00 SEK

Publikationer

Mer information

Senast uppdaterat

2015-10-17