FM Salla Valtonen kehitti uudenlaisen menetelmän proteiinien välisten vuorovaikutusten havaitsemiseen. Menetelmän vahvuuksia ovat yksinkertainen toteutus, mahdollisuus käyttää hyvin pieniä proteiinimääriä ja menetelmän soveltuvuus useiden eri proteiinien tutkimiseen.
Proteiineja tarvitaan kaikkialla luonnossa, ja ne ovat yksi elämän rakennuspalikoista. Esimerkiksi ihmiskehossa on yli miljoona erilaista proteiinia. Suurin osa näistä proteiineista ei toimi yksinään, vaan ne sitoutuvat toisiin proteiineihin toteuttaakseen tehtävänsä. Proteiinien välisten vuorovaikutusten häiriintyminen häiritsee myös kehon normaalia toimintaa ja voi johtaa sairauksiin, kuten hermoston rappeutumiseen tai syöpään. Koska nämä vuorovaikutukset ovat niin elintärkeitä, ne ovat hyvin kiinnostava tutkimuskohde.
Useat proteiinien vuorovaikutusten tutkimiseen tarkoitetut menetelmät vaativat, että tutkittaviin proteiineihin liitetään erillisiä havaitsemisen mahdollistavia molekyylejä tai proteiinit kiinnitetään esimerkiksi anturin pinnalle.
– Joissain tapauksissa tämä saattaa häiritä vuorovaikutusten muodostumista. Toisaalta monet menetelmät, jotka mahdollistavat vuorovaikutusten tutkimisen vapaana liuoksessa, vaativat paljon näytemateriaalia, ja analyysi saattaa olla hidasta. Tässä väitöskirjatyössä kehitettiin liuospohjainen menetelmä, joka käyttää vain hyvin pieniä määriä näytettä ja jota voidaan soveltaa näytteiden tehoseulontaan, Valtonen kertoo.
Protein-Probe mittaa proteiinien lämpöstabiiliutta ja sitoutumista toisiin proteiineihin
Detektioteknologian tutkimusryhmässä kehitetty Protein-Probe menetelmä perustuu koetinpeptidiin, joka sitoutuu proteiineihin, kun niiden rakenne muuttuu ja paljastaa vesipakoisia alueita. Tällaisia rakennemuutoksia tapahtuu esimerkiksi korkeassa lämpötilassa tai proteiinien sitoutuessa toisiinsa. Tähän ulkoiseen koetinpeptidiin on kiinnitetty havaitsemiseen käytetty valoa tuottava molekyyli, joten itse tutkittavia proteiineja ei tarvitse leimata eikä kiinnittää pintaan. Koetinpeptidi ei tuota valoa ollessaan määritysliuoksessa irrallaan, joten mitattavan valon intensiteetin lisääntyminen kertoo koettimen tarttuneen kohteeseensa. Näin voidaan seurata proteiinin rakenteen muuttumista liuoksessa. Ulkoinen koetinpeptidi ei häiritse proteiinien välisiä vuorovaikutuksia, sillä se lisätään, kun proteiinit ovat jo sitoutuneet toisiinsa.
Tässä työssä Protein-Probe-menetelmää käytettiin onnistuneesti sekä mittaamaan yksittäisten proteiinien lämpöstabiilisuutta että seuraamaan proteiinien sitoutumista pieniin ligandimolekyyleihin ja toisiin proteiineihin. Proteiinien ja ligandien välisiä vuorovaikutuksia havaittiin lämmitystä hyödyntävissä määrityksissä, joissa ligandin sitoutuminen teki proteiinin rakenteen vakaaksi normaalia korkeammissa lämpötiloissa. Kahden proteiinin välisiä vuorovaikutuksia pystyttiin seuraamaan lämmitystä hyödyntävissä määrityksissä, ja suurempien proteiinikompleksien muodostumista onnistuttiin mittaamaan myös huoneenlämmössä. Protein-Probe menetelmää on tämän väitöskirjatyön ulkopuolella käytetty myös proteiineja pilkkovien entsyymien aktiivisuuden seuraamiseen.
– Kyseessä on hyvin monipuolinen menetelmä, ja samaa määritystä voidaan käyttää useiden eri kohdeproteiinien kanssa ilman merkittäviä muutoksia. Protein-Probe-menetelmällä tutkittiin esimerkiksi lääkeaineiden sitoutumista useissa syövissä mutatoituneeseen KRAS-proteiiniin ja lääkinnällisten proteiinien ei-toivottua liittymistä toisiinsa. Menetelmän avulla on siis mahdollista esimerkiksi seuloa lupaavia lääkeainemolekyylejä tai seurata lääkkeiden säilyvyyttä. Protein-Probe menetelmä on jopa kymmeniä kertoja herkempi kuin vastaavat olemassa olevat menetelmät, joten kalliita näytemateriaaleja tarvitaan vähemmän.
***
FM Salla Valtonen esittää väitöskirjansa ”Label-Free Methods for Studying Protein-Protein Interactions” julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa perjantaina 17.12.2021 klo 12.00 (Turun yliopisto, Calonia, Cal 1 -luentosali, Caloniankuja 3, Turku).
Vastaväittäjänä toimii professori Ali Tavassoli (Southamptonin yliopisto, Yhdistynyt kuningaskunta) ja kustoksena professori Harri Härmä (Turun yliopisto). Tilaisuus on englanninkielinen. Väitöksen alana on kemia.
Salitilaisuuteen saapuvalta yleisöltä edellytetään koronatodistuksen esittämistä. Todistus edellytetään 16 vuotta täyttäneiltä henkilöiltä, jotka eivät ole yliopiston henkilökuntaa tai opiskelijoita.
Turun yliopisto seuraa aktiivisesti koronavirustilannetta ja viranomaisten ohjeita. Yliopisto päivittää ohjeitaan tilanteen mukaan. Ohjeet ja linkit löytyvät osoitteesta: utu.fi/koronavirus
