Wallenberg Academy Fellows

Han vill ta närbilder av cellens dörrar

I ytan på våra celler sitter mängder av proteiner. En del förmedlar signaler mellan in- och utsida, andra agerar dörrar och transportkanaler. Hittills vet vi bara hur en handfull av dem ser ut. Pontus Gourdon vid Lunds universitet vill ta högupplösta 3D-bilder av fler av de här proteinerna, för att kunna förstå exakt hur de fungerar.

I våra kroppar tillverkas omkring 30 000 olika proteiner som är nödvändiga för en mängd olika processer. En tredjedel är membranproteiner som sitter inbäddade i cellernas membran. Mer än hälften av alla läkemedel verkar genom att binda till membranproteiner.

En del av proteinerna fungerar som små kanaler, som gör det möjligt för olika ämnen att röra sig genom cellmembranet. Hit hör TRP-jonkanalerna. Dem ska Pontus Gourdon studera som Wallenberg Academy Fellow vid Lunds universitet.

– TRP-jonkanaler finns bland annat i munnen och på huden. De får oss att känna tryck, kyla, värme och så vissa substanser, som chili och mint. Att hjärnan tolkar mint som kallt och chili som varmt beror just på att det är samma kanaler som aktiveras som när vi känner värme och kyla, och samma processer som startar i cellen, förklarar Pontus Gourdon.

Nu vill han förstå ”i nörddetalj” funktionen hos de här kanalerna och också hos kanaler för kopparjoner. Vägen dit är att ta riktigt bra högupplösta bilder av proteinerna.

”Det är en otrolig frihet att under fem år helt kunna fokusera på forskningen. Många anslag löper över tre år, och då måste man sätta ribban lägre för att säkert få resultat i tid för att skriva en ny ansökan. Att bli utsedd till Wallenberg Academy Fellow gör det möjligt för mig att ha ett mer långsiktigt fokus, och en större ambition.”

Känsliga proteiner gör avbildning svårt

Att ta fram tredimensionella bilder av membranproteiner är svårt. Även om vi människor har 10 000 stycken sådana proteiner, är det bara omkring tjugo av dem som är avbildade hittills. Ett skäl är att proteinerna är känsliga och lätt förstörs när man försöker avbilda dem.

Den som vill se ett protein i 3D behöver först framställa det i helt ren form. Med hjälp av någon enklare genmodifierad organism, till exempel jäst, producerar man proteinet och renar det med hjälp av kemikalier. Länge la reningen hinder i vägen för forskarna. Proteinerna blev i och för sig rena, men de koagulerade ofta också – som ett kokt ägg. Då får de en helt annan form än i cellmembranet.

För ungefär tjugo år sedan lyckades forskare ta fram ”rengöringsmedel” som var milda nog att rena proteinerna. Sedan dess har knappt 700 proteiner kunnat avbildas i 3D – men alltså bara omkring tjugo från människa.

Det krävs tur för att få bra kristaller

Den vanligaste avbildningstekniken är röntgenkristallografi, och det är främst den som Pontus Gourdon använder.

– Av proteinet tillverkar vi kristaller, vilket innebär att det stelnar i den form som det har naturligt. Kristallerna får vi genom att blanda proteinet med kemikalier på ett sätt som vi av erfarenhet vet brukar ge kristaller. Men vi behöver lite tur. Ibland blir de bra, ibland inte, och det går inte att helt förutse, säger Pontus Gourdon.

Det kristalliserade proteinet belyser man sedan med stark röntgenstrålning, så kallat synkrotronljus. Det mesta av strålningen går rakt igenom, men en del sprids från kristallen. Med hjälp av avancerade beräkningsprogram i datorn kan forskarna använda den informationen för att rita upp proteinet, och får fram den tredimensionella strukturen.

Pontus Gourdon pekar på sin skärm, på en av de nyaste bilderna:

– Färre än tio personer i hela världen har sett det här. Detta, att för första gången få se någonting – det är en stark drivkraft för mig.

Men när han väl har sett det, vill han också förstå hur proteinerna fungerar. Exakt vad är det som händer när till exempel mint binder till jonkanalen, och öppnar ett litet ”lock”? Kunskap om hur proteinerna fungerar skulle kunna komma till användning i annan forskning, till exempel för att göra läkemedel som binder ännu bättre till kanalerna.

Ny teknik på väg, men än krävs det tålamod

Pontus Gourdon minns inte själv när han först började tänka sig forskning som ett jobb, men han var intresserad av biokemi och strukturbiologi redan under grundutbildningen till civilingenjör.

– När jag var doktorand hade jag en jätteduktig och otroligt inspirerande handledare. I efterhand känns det som att jag delvis snubblade in i just den forskargruppen, det kunde lika gärna varit en annan – men jag hade otrolig tur. Det styrde min inriktning hitåt.

Nu håller Pontus Gourdon och hans forskargrupp på att bekanta sig med en nyare teknik, kryoelektronmikroskopi. Då använder man elektronmikroskop för att ta bilder av proteiner i en fryst lösning. Fördelen är att man inte behöver kristallisera proteinerna, vilket som sagt ofta misslyckas vid röntgenkristallografin. Nackdelen är att bilderna inte blir lika detaljerade. Men det ser ut som det snart inte ska vara ett problem längre.

– Därför försöker vi se till att hoppa på det här tåget som uppenbarligen går nu, säger Pontus Gourdon.

Kanske kan han i framtiden få arbeta med en teknik som ger ännu säkrare resultat. Men än så länge ingår det i jobbet att vara beredd på motgångar.

– Det är mycket bakslag. Många gånger formas inte kristaller över huvud taget, eller så blir de för dåliga. Men jag är envis. Det tror jag att man måste vara som forskare. Envis och nyfiken.

Text Lisa Kirsebom
Bild Magnus Bergström