Hoppa direkt till innehållet
printicon
Publicerad: 28 dec, 2018

Nya möjligheter när cytoskelettproteinet FilP binder till cellulosa

NYHET Forskare vid Umeå universitet har för första gången kunnat påvisa att cytoskelettproteinet i Streptomyces colicolor kan användas för rening av protein med så kallad coiled-coil struktur.

Proteiner utför livsviktiga funktioner i en organism och utan proteiner skulle det inte finnas liv. Som enzymer - katalysatorer- underlättar de alla reaktioner i en organism och som skelettproteiner är de ansvariga för stödstrukturer. Cytoskelettproteiner möjliggör djurcellers och bakteriers rörelse, transport av molekyler inne i celler, tex från cellkärnan till cellmembranet, organiserar och driver delning av både kromosomer och cellmembran när celler delar sig och växer.

Forskaren Linda Sandblad vid Institutionen för molekylärbiologi vid Umeå universitet forskar om hur celler kan upprätthålla sin form och röra sig. Hon studerar cytoskelettproteinet FilP från Streptomyces coelicolor, en bakterie som lever i marken och bryter ner växtrester. Bakterien är även mycket viktig för antibiotikaproduktion. För sin förmåga att bryta ner socker och cellulosa utnyttjas Streptomyces redan i stor utsträckning i industriella processer.

Streptomyces bildar multicellulära hyfer i likhet med ett svampmycel. En ovanlig egenskap för bakterier och kräver andra skelettfunktioner än de som påträffas i de flesta bakterier.

Bakteriens cytoskelettprotein FilP kan bilda fibrer och liknar djurcellers strukturproteiner, speciellt liknar FilP en proteingrupp som kallas för intermediärfilament. Denna grupp av proteiner är veckade med alpha-helix struktur som liknar en spiral. Vissa typer av alpha-helix strukturer kan binda till varandra och bilda stabila dubbelspiraler som kallas för "coiled-coil"-proteindomäner. Strukturen liknar ett rep. Dessa dubbelspiraler är nödvändiga för FilPs förmåga att bilda de fiberstrukturer som utgör bakteriens skelett.

Linda Sandblads forskargrupp studerade hur olika fragment av FilP interagera med övriga delar av cellens skelett.

- Tidigare antogs det att cytoskelettproteinet FilPs förmåga att bilda fibrer som stöttar bakteriecellens form var dess enda funktion. Men när vi insåg att ett närbesläktat protein kunde binda till cellulosa, ville vi undersöka om vårt studieobjekt FilP också hade denna egenskap och kunde binda cellulosa, beskriver Linda Sandblad som utgångsläget för sin senaste studie.

Niklas Söderholm, postdoktorand i Sandblads forskargrupp, genomförde experimenten i samarbete med forskare vid Lunds universitet. Han upptäckte nu att FliP binder mycket effektivt till cellulosa.

Detta är första gången som man kunde påvisa att ett cytoskelettprotein med en "coiled-coil" struktur har cellulosa bindande egenskaper. Niklas Söderholm undersökte proteinets nyupptäckta egenskap mer.

- Trots att bakterien Streptomyces livnär sig på att bryta ned döda växter och därav har mer än 200 proteiner som binder och bryter ned cellulosa så upptäckte vi nu att FilP binder mer effektivt till cellulosa än något av dessa proteiner, förklarar Niklas Söderholm.

Niklas Söderholm upptäckte också att proteinets interaktion med cellulosa kunde rubbas med små sockermolekyler.

- Att kunna påverka bakteriernas och även djurcellers skelettstruktur på detta sätt kan ha stor betydelse för styrningen av bakteriens aktivitet även för de industriella processer där bakterien redan används.

Även för grundforskningen ser Linda Sandblad stora möjligheter för framtida utnyttjande av FilPs cellulosabindande egenskap. Strukturbiologisk forskning ägnar mycket tid åt att isolera och rena ett protein från övriga molekyler i cellen för att kunna undersöka dess struktur, aktivitet eller förmåga att binda till andra molekyler.

- Vi ser här en möjlighet för grundforskningen att med hjälp av cellulosa kunna isolera proteiner med coiled-coiled struktur på ett enklare sätt och kanske även kunna utveckla en helt ny och mindre kostsam metod för att rena protein.

När Niklas Söderholm testade den nya metoden i en annan bakterie, E. coli, kunde han påvisa att protein med coiled-coil struktur kunde renas fram.
Förmågan att binda till cellulosa är inte unik för FilP utan en generell egenskap som delas med andra bakteriella intermediärfilament-liknande proteiner men också intermediärfilament från djurceller.

Forskningprojektet finansierades genom Gunnar Öquist Fellow programmet från Kempestiftelserna. Resultatet har publicerats i den vetenskapliga tidskriften Nature Scientific Reports.

Linda Sandblad är gruppledare vid Institutionen för molekylärbiologi och team-leader MIMAS (The Laboratory for Molecular Infection Medicine Sweden). Hon är föreståndare för Umeå Core Facility for Electron Microscopy (UCEM) som är en nationell forskningsinfrastruktur knuten till SciLifeLab Bioimaging and molecular structure plattformen och en nationell nod för kryo-elektronmikroskopi.

Om publiceringen
Niklas Söderholm, Ala Javadi, Isabel Sierra Flores, Klas Flärdh & Linda Sandblad (2018):
Affinity to cellulose is a shared property among coiled-coil domains of intermediate filaments and prokaryotic intermediate filament-like proteins. Scientific Reports 8. Article number 16524 (2018) DOI:10.1038/s41598-018-34886-7 1
Länk till den vetenskapliga artikeln

För mer information, kontakta gärna

Personalbild Linda Sandblad Linda Sandblad Forskningsingenjör, förste, forskare