Wallenberg Academy Fellows

Kunskap om mitokondriers DNA kan bromsa åldrandets sjukdomar

Vad händer när mitokondriers arvsmassa skadas – och repareras? Sjoerd Wanrooij tror att svaren på frågorna kan bidra till behandlingen av nervnedbrytande sjukdomar. Och bromsa det normala åldrandet.

Fascinationen för mitokondrier har påverkat Sjoerd Wanrooijs karriärval, ända sedan han skrev sitt mastersarbete i biokemi vid universitetet i Amsterdam. Han hade studerat ett enzym, som är inblandat i nedbrytningen av fettsyror. Processen äger rum i mitokondrierna.

Mitokondrier är små enheter i celler på växter och däggdjur, där kemiska reaktioner producerar energi till kroppens olika organ. De brukar beskrivas som cellens kraftverk.

Gott om plats på labbet

När Sjoerd Wanrooij gick forskarutbildningen vid universitetet i Tammerfors, höll han fast vid mitokondriernas enzymer. Men nu gällde det mekanismen för kopieringen av arvsmassa, DNA.
Efter disputationen fortsatte han till Karolinska Institutet i Solna – samma forskningsfält men nya arbetsmetoder – och vidare till Sahlgrenska Akademin i Göteborg.

Ett Marie Curie-stipendium vid Washington University Medical School i St. Louis, USA, gav honom chansen att undersöka hur skador uppstår och repareras i mitokondriellt DNA. Samtidigt började han samarbeta med forskare i Umeå och kände att han ville återvända till Europa, gärna Skandinavien.

Umeå universitet nominerade honom till Wallenberg Academy Fellow, och utnämningen 2013 tog Sjoerd Wanrooij till institutionen för medicinsk biokemi och biofysik, där han har byggt upp en egen forskargrupp.

– Jag är väldigt glad över att vara i Umeå. Man kan uträtta mycket via internet, men det är en helt annan sak att vara på samma ställe som sina kolleger, säger Sjoerd Wanrooij.

Han tycker att utrustningen i svenska laboratorier håller en hög standard. Men det bästa är lokalerna.

– Det finns gott om utrymme. I Holland är det vanligt att två forskare måste dela arbetsbänk. Det är lättare att vara effektiv om man inte behöver trängas, säger Sjoerd Wanrooij.

Egen arvsmassa i mitokondrier

Nästan hela människans arvsmassa ligger skyddad i cellernas kärna, där det finns ett molekylärt maskineri för att reparera eventuella fel.
Mitokondrien är den enda av cellens organeller som har egen arvsmassa. Processen för kopiering av arvsmassan avviker också fullständigt från cellkärnans mekanismer.

Forskarvärlden trodde förr att mitokondrien saknar förmågan att åtgärda fel i sitt DNA, men har på senare år förstått att även mitokondriellt DNA lagas på något vis. Även om många nyckelkomponenter har blivit identifierade har ingen ännu kunnat beskriva exakt hur det går till.

– Många okända spelare är inblandade i läkningen av ett skadat mitokondrie-DNA. Många enzymer återstår att upptäcka, säger Sjoerd Wanrooij.

"Wallenberg Academy Fellows är fantastiskt, eftersom jag kan bedriva forskning oberoende av etablerade professorer. Inga andra länder kan erbjuda lika betydelsefulla anslag till unga forskare."

Det verkar också som om reparationssystemet har ett samband med åldrande och ohälsa. Mitokondriella sjukdomar kan ge en mängd olika symtom från i stort sett hela kroppen, framför allt från vävnader eller organ som förbrukar mycket energi. Dit hör degenerativa sjukdomar som Alzheimers och Parkinsons.

– Jag har alltid varit intresserad av sjukdomar som uppstår till följd av skador i mitokondrien. När vi vet hur det fungerar kanske vi kan hitta metoder för att hejda utvecklingen. Om man till exempel upptäcker att det är syreradikaler som är problemet kan man försöka ta bort dem, säger Sjoerd Wanrooij.

Unik process för kopiering av DNA

Forskningen kring mitokondriella sjukdomar har expanderat kraftigt i både Sverige och andra länder. Området är stort och delvis okänt. Nya sjukdomar upptäcks, liksom nya genetiska förändringar. De beror ofta på en förlust av ett fragment av mitokondriens DNA. Förändringen påverkar funktioner som har betydelse för kopiering eller reparation av skadorna.

Sjoerd Wanrooij och hans forskarkolleger undersöker hur kopiering och reparation fungerar just i det mitokondriella DNAt. De analyserar förloppet i provrörsförsök, där de använder renade proteiner och ett DNA-substrat.

– När vi har gjort ett fynd som verkar intressant går vi vidare med en cellkultur för att se om vi får samma resultat i en mänsklig cell, förklarar Sjoerd Wanrooij.

Progressiv extern oftalmoplegi är en av de mitokondriella sjukdomar som de studerar. Den kännetecknas av en gradvis ökande förlamning i ögonmusklerna. Även andra delar av kroppen kan så småningom drabbas av muskelsvaghet.

– Sjukdomen kan bli mild eller allvarlig beroende på andelen skadade DNA-molekyler i mitokondrierna, berättar Sjoerd Wanrooij.

Mitokondrien en karaktär

Mitokondrier är unika också för att de ärvs på mödernet. I jakten på källan till ärftliga sjukdomar är det bara att följa släktträdet bakåt i tiden på mammornas sida.
Sjoerd Wanrooij funderar en stund innan han svarar på frågan om han upplever mitokondrien som något av en karaktär.

– Ja, det gör jag, säger han till sist. Den är så speciell, så intressant.

Text Carin Mannberg-Zackari
Foto Magnus Bergström