Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Designing metamorphic proteins

Lindström, Ted (2021) MOBN03 20202
Degree Projects in Molecular Biology
Popular Abstract (Swedish)
Ett försök att designa metamorfa protein

Ett centralt koncept inom biologi är att proteiner utför sina funktioner baserat på deras tredimensionella struktur. Vår förståelse kring faktorerna som styr vilken struktur ett protein får säger oss att ett protein antar den struktur som är energimässigt stabilast. Detta avgörs i sin tur av ordningen av proteinets aminosyror – dess ”byggstenar” – och hur de interagerar med varandra. Ett proteins struktur är stabil när den främjar stabiliserande interaktioner, och minimerar antalet destabiliserande interaktioner.

I takt med att vetenskapen lyckats förstå dessa interaktioner har datormodeller utvecklats för att beräkna ett proteins energitillstånd, och därmed dess stabilitet. Dessa modeller kan... (More)
Ett försök att designa metamorfa protein

Ett centralt koncept inom biologi är att proteiner utför sina funktioner baserat på deras tredimensionella struktur. Vår förståelse kring faktorerna som styr vilken struktur ett protein får säger oss att ett protein antar den struktur som är energimässigt stabilast. Detta avgörs i sin tur av ordningen av proteinets aminosyror – dess ”byggstenar” – och hur de interagerar med varandra. Ett proteins struktur är stabil när den främjar stabiliserande interaktioner, och minimerar antalet destabiliserande interaktioner.

I takt med att vetenskapen lyckats förstå dessa interaktioner har datormodeller utvecklats för att beräkna ett proteins energitillstånd, och därmed dess stabilitet. Dessa modeller kan utnyttjas i syfte att designa nya protein. Genom att introducera ändringar i struktur och aminosyrasekvens i en datormodell av ett protein, och sedan beräkna hur proteinets stabilitet påverkas, så kan man hitta ändringar som gör proteinet mer stabil. Dessa metoder utvecklats mycket under de senaste årtiondena, och har använts för att designa ”artificiella” protein, utan ursprung i naturen. Denna teknik har många potentiella användningsområden, bland annat inom medicin.

Ett vanligt antagande är att protein endast har en stabil struktur, vilken definieras av den lägsta möjliga energinivån proteinet kan få utifrån dess aminosyrasekvens. Som så många andra saker inom biologi finns det dock undantag till detta. Ett exempel är metamorfa protein, vilka kan anta två eller fler stabila strukturer, och växla mellan dem. Proteinet Lymfotaktin, illustrerad i figur 1 nedan, utsöndras av specifika celler i immunsystemet för att signalera närvaron av virusinfekterade celler eller tumörer. Lymfotaktin växlar mellan två dramatiskt olika men stabila strukturer, vilka låter Lymfotaktin utföra två olika funktioner. Denna egenskap är intressant från ett proteindesingperspektiv, där detta skulle kunna användas för att designa protein med flera funktioner.

Målet för detta projekt var att designa ett protein med metamorfa egenskaper. Forskare har försökt detta förut, men aldrig lyckats. Målet var ett protein som kan växla mellan två strukturer som liknar de Lymfotaktin kan anta. Designen utfördes ”de novo”, med andra ord ”från scratch”, utan att använda Lymfotaktin direkt som mall. Det första steget var att designa protein som kan anta en av de två strukturerna. Dessa skulle sedan användas för att hitta ett protein som kan anta båda strukturer. Datormodeller av protein som antog former lik den ena eller andra strukturen hos Lymfotaktin lyckades designas. Men, när dessa skulle produceras i bakterieceller för att sedan analyseras experimentellt, så uttrycktes inget protein. Det är vanligtvis svårt att avgöra exakt vad problem med proteinuttryck är, men det är välkänt att designade protein brukar vara extra svåra att producera. Lösningen är helt enkelt att testa flera varianter tills en som fungerar identifieras. Tyvärr fanns det inte tid att undersöka fler varianter. Framtida försök hade fokuserat kring just detta, och förhoppningsvis lyckats leda till designen av ett metamorft protein.

Examensarbete i Molekylärbiologi 60 hp
Biologiska institutionen, Lunds universitet

Handledare: Ingemar André och Niels Meijer, Biokemi och Strukturbiologi, Lunds universitet (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Lindström, Ted
supervisor
organization
course
MOBN03 20202
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
language
English
id
9055834
date added to LUP
2021-06-17 10:28:25
date last changed
2021-06-17 10:33:39
@misc{9055834,
  author       = {{Lindström, Ted}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  title        = {{Designing metamorphic proteins}},
  year         = {{2021}},
}