Wallenberg Scholars

Åldrade celler skadas av proteinklumpar

I Thomas Nyströms värld handlar inte åldrande om rynkor och glömska, utan om proteiner som klumpar ihop sig inuti celler. Han studerar varför celler blir gamla och vilka molekylära processer som kan skydda mot åldrande. Förhoppningen är också att förstå sjukdomar som Parkinsons och Huntingtons bättre, där personer åldras i förtid.

 

I ett litet rum på Thomas Nyströms laboratorium står tre robotar som dag och natt arbetar med att förädla jäststammar. Detta är hjärtat av forskargruppens verksamhet. Tusentals olika jästceller korsas med tusentals andra. En robot sköter själva avlandet; en annan för över korsningarna till ett odlingsmedium och en tredje – ett robotmikroskop – läser av hur väl jästen åldras.

Målet är att få fram jästceller som kan leva så länge som möjligt.

– Vi försöker hitta proteiner och processer som kan bromsa åldrandet och som kan motverka uppkomsten av sjukdomar som till exempel Huntingtons och Parkinsons, säger Thomas Nyström, professor i mikrobiologi vid Göteborgs universitet.

Jäst är en encellig organism och dess medellivslängd räknas i hur många dotterceller en modercell kan knoppa av. Normalt kan den dela sig 25 gånger. Men Thomas Nyström, har fått fram jästceller som kan leva i över 40 generationer.

– Det är mycket för att vara i jäst, säger han när han förevisar sina robotar.

Han vågade satsa på detta storskaliga projekt år 2009, när han blev utsedd till Wallenberg Scholar. Och tack vare robotarna har han hunnit göra en rad spännande upptäckter under sin livstid.

− Vi hade inte kunnat genomföra projektet utan den här utrustningen. Det hade tagit toklång tid, över 80 år. Nu tar det istället åtta månader, säger Thomas Nyström.

Gamla celler fylls av klumpar av proteiner

Den tes som Thomas Nyström arbetar efter är att åldrande beror på att proteiner, som annars styr och kontrollerar cellens kemi, blir gamla och klumpar ihop sig. Proteiner består av långa kedjor av aminosyror och dessa bildar trassliga ansamlingar som är giftiga för cellen. Att denna process hör ihop med åldrande upptäckte Thomas Nyström när han studerade varför bakterieceller plötsligt kollapsar.

– En del av problemet är att bakterier skadar sig själva med sin egen andning. Det bildas fria syreradikaler som skadar proteinerna, säger Thomas Nyström.

Alla celler som andas omsätter syre. Det är en reaktiv molekyl som lätt bildar syreradikaler. Cellerna har flera olika skyddsmekanismer mot dessa. Men åldrande celler verkar inte hinna med att ta hand om alla radikaler.

Till en början studerade Thomas Nyströms forskargrupp proteinklumparna i bakterier. Forskningsprojektet tog dock en ny riktning när en doktorand, som hellre ville studera jästceller, upptäckte något förvånande: när en jästcell delar sig stannar alla proteinklumpar i den gamla cellen. Dottercellen belastas inte med detta skräp.

– Även om modercellen är gammal kommer alltså dottercellen att födas ung, säger Thomas Nyström.

Hans nyfikenhet väcktes. Hur gick det till? Dog dottercellen tidigare om man förstörde sorteringsmekanismen?

Åldrandet syns som gröna prickar

För att kunna följa cellers åldrande utvecklade forskargruppen ett system där proteinklumpar lyser i grönt. De använder ett protein, Hsp104, som naturligt försöker reda ut trassel av skadade proteiner och som binder till alla giftiga klumpar. Till Hsp104 har forskarna sedan kopplat ytterligare ett protein som lyser grönt. Denna sinnrika konstruktion gör att det börjar lysa grönt i cellen när proteinklumparna formas.

– Alla på vårt labb tittar på gröna prickar hela tiden. Vi drömmer om dem på nätterna, säger Thomas Nyström.

I unga celler – där proteinerna är intakta – finns inga prickar alls. Men när cellen bli äldre dyker prickarna upp och blir fler och fler, tills kollapsen är ett faktum.

Parkinsons och Huntingtons handlar om för tidigt åldrande

Thomas Nyström forskargrupp har också tagit fram jästmodeller av Huntingtons och Parkinsons sjukdomar. Dessa sjukdomar orsakas av speciellt giftiga och muterade proteinklumpar. När forskargruppen studerade huntingtin, det protein som orsakar Huntington, hittade de en ny intressant försvarsmekanism.

Cellerna samlar alla skadliga klumpar på en enda plats. Men sedan, när de blir äldre, tappar de denna förmåga och gröna prickar börjar dyka upp lite överallt.

– Vi förmodar – men det är en ren hypotes – att det är bättre att allting klumpar ihop sig till en enda stor boll, istället för att fara omkring överallt i cellen.

Klumparna fastnar framförallt på en struktur som fungerar som transportväg i cellen. När klumparna blir för många slutar transportvägarna fungera.

Vad styr då det naturliga åldrandet? Gruppens forskning visar att proteiner som skyddar mot syreradikaler är viktiga. Men mycket mer än så kan Thomas Nyström inte avslöja. Han nämner än det ena, än det andra spännande forskningsresultatet. Men så säger han:

– Men det här får du inte skriva om. Det är inte publicerat ännu.

Mycket av det han pratar om, i all hemlighet, har potential att förändra synen på åldrande. Detta tack vare tre robotar vars ledade armar jobbar dag ut och dag in med att korsa jästceller.

Text Ann Fernholm
Bild Magnus Bergström