Proteinerna styrs rätt i cellen genom inbyggda adresslappar

Günter Blobel 1999 års Nobelpristagare i fysiologi eller medicin Proteinerna styrs rätt i cellen genom inbyggda adresslappar 1999 års Nobelpris i fysiologi eller medicin utdelas för upptäckten att»proteiner har inbyggda signaler som styr deras transport och lokalisation i cellen». Nobelpriset tilldelas den amerikanske cell- och molekylärbiologen Günter Blobel från Rockefeller-universitetet i New York. Upptäckten gäller mekanismerna för hur proteiner med hjälp av inbyggda»adresslappar» styrs till och igenom intracellulära membran så att de hamnar på sina rätta ställen i cellens olika organeller. Blobels upptäckt har haft en enorm betydelse för förståelsen av hur en cell byggs upp. Den har också lett till en ökad insikt i mekanismerna bakom många ärftliga sjukdomar och andra sjukliga tillstånd. Upptäckten har även starkt bidragit till att utveckla cellen som produktionsenhet genom att effektivisera produktionen av viktiga proteinbaserade läkemedel. En fullvuxen människa antas vara uppbyggd av cirka 100 000 miljarder celler. Den kärnförsedda (eukaryota) cellen består av många olika beståndsdelar organeller som är omslutna av fetthaltiga membran. Varje organell har Författare RALF F PETTERSSON professor i molekylärbiologi, ordförande för Nobelkommittén BO ANGELIN professor i klinisk metabolisk forskning, medlem av Nobelförsamlingen och Nobelkommittén BERTIL DANEHOLT professor i molekylärgenetik, medlem av Nobelförsamlingen och adjungerad medlem av Nobelkommittén; samtliga vid Karolinska institutet, Stockholm. sina specialiserade uppgifter. Cellens alla funktioner styrs från DNA i cellkärnan, mitokondrierna producerar cellens energi, lysosomerna är en avstjälpningsplats där makromolekyler bryts ner, peroxisomerna har viktiga uppgifter i oxideringen och metaboliseringen av fettsyror etc. Det endoplasmatiska retiklet (ER), en central organell i anslutning till årets pris, är ett nätverk av membran där sekretoriska proteiner och membranproteiner syntetiseras. Dessa proteiner transporteras efter syntesen vidare via Golgikomplexet ut till cellytan. Varje cell innehåller tusentals olika proteiner med mycket varierande funktioner. De fungerar t ex som byggstenar för att ge cellen dess struktur. De flesta proteinerna fungerar som enzymer, vilka katalyserar metabola processer, DNA-replikationen, RNA-syntesen, proteinsyntesen etc. Andra sköter om kommunikationerna inom och mellan cellerna. Man har uppskattat antalet proteinmolekyler i varje cell till cirka en miljard. Proteinerna är stora, veckade och i många fall vattenlösliga molekyler. Deras aminosyrasekvens (ordningsföljden av de 20 olika aminosyrorna) specificeras av den gen som kodar för proteinet. Efter syntesen veckas proteinet på ett sätt som bestäms av dess aminosyrasekvens. Det sker en ständig nedbrytning och nybildning av proteinerna i cellen. I slutet av 1960-talet började man på allvar intressera sig för frågan hur nybildade proteiner styrs till och tar sig igenom de täta lipidinnehållande membranen. Membranen förhindrar nämligen fri diffusion av makromolekyler, t ex proteiner. En annan central fråga var hur nybildade proteiner hittar till sina rätta ställen inne i cellen. Det var dessa frågeställningar Günter Blobel gav sig i kast med. Studier av cellens struktur och den sekretoriska processen Günter Blobel anslöt sig 1967 som post doc-forskare till det berömda cellbiologiska laboratoriet vid Rockefelleruniversitetet. Laboratoriet, som leddes av George Palade, hade en imponerande tradition inom den cellbiologiska Günter Blobel är verksam vid Laboratory of Cell Biology, Rockefeller University, Howard Hughes Medical Institute i New York. Prispengarna, 7,9 miljoner kronor, har han för avsikt att donera till organisationen»friends of Dresden», som han varit med om att grunda och som samlar in pengar till den fortsatta återuppbyggnaden av Dresden som lades i ruiner genom de allierades bombningar under andra världskrigets slutskede. I första hand vill Günter Blobel att prispengarna används för att restaurera den berömda Frauenkirche och en synagoga i staden (Dagens Nyheter 12/10). Nedan redovisas Blobels akademiska karriär och utmärkelser. Academic education/appointments 1967 PhD degree in Oncology with Dr Van R Potter; 1967 1969 Postdoctoral Fellow with Dr Palade, The Rockefeller University; 1969 1973 Assistant Professor, The Rockefeller University; 1973 1976 Associate Professor, The Rockefeller University; 1976 Professor, The Rockefeller University; 1986 Investigator, Howard Hughes Medical Institute; 1992 John D Rockefeller Jr Professor, The Rockefeller University. Awards 1978 US Steel Award in Molecular Biology; 1982 The Gairdner Foundation Award; 1983 The Warburg Medal of the German Biochemical Society; 1983 The Richard Lounsbery Award; 1986 The VD Mattia Award; 1986 The Wilson Medal of the American Society for Cell Biology (with DD Sabatini) 1987 The Louisa Gross Horwitz Prize; 1989 The Waterford Bio-Medical Science Award; 1992 The Max-Planck Forschungspreis; 1993 Albert Lasker Basic Medical Research Award; 1995 Ciba Drew Award in Biomedical Research (with J Schlessinger and A Levine); 1996 King Faisal International Prize for Science (with J Rothman and H Pelman); 1997 Mayor s Award for Excellence in Science and Technology (with R Axel). LÄKARTIDNINGEN VOLYM 96 NR 42 1999 4507

mrna ILLUSTRATION: AIRI ILISTE Aminoterminal signal Figur 1. Den preliminära»signalhypotesen» från 1971 [5]. Blobel och Sabatini föreslog att det nybildade sekretoriska proteinet styrs till och igenom det endoplasmatiska membranet med hjälp av en aminoterminal signal (x). Man postulerade att en faktor som binder till signalen kunde vara inblandad. forskningen, och här rådde en ovanligt förtätad och kreativ vetenskaplig atmosfär. Blobel, född 1936 i Tyskland, flyttade efter sin läkarexamen 1960 i Tübingen och ett par års läkarpraktik till McArdle-laboratoriet i Madison, Wisconsin. Där disputerade han 1967 på en avhandling som berörde distributionen av RNA, speciellt ribosomalt RNA, i hepatocyter. I slutet av 1940- och början av 1950- talet hade stora framsteg gjorts beträffande karakteriseringen av cellens ultrastruktur, framför allt tack vare utvecklingen av elektronmikroskopin. Man kunde nu med hög upplösning studera cellens olika beståndsdelar (t ex ribosomerna) och definiera nya membranomslutna organeller, bl a det endoplasmatiska retiklet (ER), lysosomerna Ribosomala subenheter Bindande faktor ER-membranet och peroxisomerna. Samtidigt utvecklades ultracentrifugeringstekniken, med vilken det blev möjligt att separera cellens organeller och studera deras sammansättning och egenskaper. Pionjärerna inom detta område var Albert Claude, Christian de Duve och George Palade, som 1974 delade Nobelpriset för sina»upptäckter av cellens strukturella och funktionella organisation». Dessa tre forskare var alla under olika skeden av sin karriär knutna till Rockefeller-laboratoriet. Palade och medarbetare studerade under 1950- och 1960-talen syntesen av sekretoriska proteiner i ER i exokrina pankreasceller. Palades elektronmikroskopiska bilder av cellens organeller från den tiden har blivit klassiska. Palade fann att de sekretoriska proteinerna syntetiserades vid ribosomer bundna till ER. Den växande proteinkedjan exponerades inte i cellens cytoplasma utan trängde under syntesens gång igenom ER-membranet och frisattes efter syntesen på andra sidan (dvs lumen) av membranet. Palade visade med hjälp av elektronmikroskopisk autoradiografi en på den tiden helt ny teknik hur de nybildade proteinerna transporterades via vesiklar till Golgikomplexet och ut ur cellen. Dessa arbeten klarlade således den generella principen för var och hur sekretoriska proteiner syntetiseras och för transportvägen ut ur cellen [1]. En av de stora frågor som uppstod som en direkt följd av dessa forskningsresultat var hur syntesen av sekretoriska proteiner styrs till ER-membranet och hur den växande kedjan sedan tränger igenom membranet. Blobel och»signalhypotesen» Blobel tog sig an dessa frågor. Kort före Blobels ankomst till laboratoriet hade man börjat använda biokemiska metoder för att studera proteinsyntesen i ER. System för att syntetisera proteiner in vitro höll på att utvecklas i flera laboratorier. Genom att bryta upp cellen kunde man studera syntesen av proteinerna i mikrosomala fraktioner (dvs ER-membran) [2]. I sina första arbeten [3, 4] visade Blobel tillsammans med David Sabatini att den växande proteinkedjan hos sekretoriska proteiner inneslöts i mikrosommembran och att de härigenom blev resistenta mot proteasbehandling. De färdiga proteinerna förblev inneslutna i mikrosomerna. Proteiner som bildades vid fria ribosomer var däremot proteaskänsliga. Blobel drog slutsatsen att den växande peptidkedjan hade en förmåga att binda till Figur 2.»Signalhypotesen» i den form den presenterades 1975 av Blobel och Dobberstein [6, 7]. De föreslog att den aminoterminala signalsekvensen (sicksacklinjen), som kodas av mrna, klyvs bort efter det att proteinet trängt igenom ER-membranet via en kanal, varefter det färdiga proteinet frisätts i ER-lumen. ILLUSTRATION: URBAN FRANK 4508 LÄKARTIDNINGEN VOLYM 96 NR 42 1999

SRP mrna SRP dissocierar och återanvänds Ribosom trna SRP binder signalpeptiden SRP (bundet till ribosomen) binder till SRP-receptorn Proteinet tränger igenom kanalen Signalpeptid ILLUSTRATION: AIRI ILISTE Figur 3. Den förenklade bilden av proteintranslokationen såsom den idag presenteras i läroböcker. När signalpeptiden exponeras från ribosomen binder den till SRP (signal-recognition particle). SRP förmedlar bindningen av ribosom mrna-komplexet till SRPreceptorn i ER-membranet. När SRP dissocierar från signalpeptiden tränger denna och den efterföljande peptidkedjan igenom ER-membranet via en kanal (translokonet). Det färdiga proteinet frisätts i ER-lumen och transporteras sedan ut ur ER, vanligen till plasmamembranet. Ribosomreceptor Kanal (translokon) SRP-receptorn i ER-membranet ER-membranet och sedan vektoriellt segregera till membranets andra sida (lumen). På basen av dess arbeten framlade Blobel och Sabatini 1971 i en kort rapport [5] en preliminär modell för hur sekretoriska proteiner i samband med syntesen styrs till ER-membranet. Blobel postulerade att sekretoriska proteiner i sin aminoterminala ända har en inbyggd signal, en aminosyrasekvens, som via en hypotetisk löslig faktor styr ribosomen och budbärar-rna (mrna) till ER-membranet (Figur 1). Blobel utvecklade i samarbete med Bernhard Dobberstein under de följande åren denna modell och kunde på basen av eleganta in vitro-experiment, publicerade i två arbeten 1975 [6, 7], framlägga en slutlig modell, allmänt känd som»signalhypotesen». Nyckeln till framgången var det in vitro-system som Blobel utvecklade. Han kombinerade på ett tekniskt mycket krävande sätt komponenter från olika källor. Syntesen av det protein som han studerade, immunglobulinets lätta kedja, styrdes av mrna isolerat från musmyelomceller. Ribosomerna, transfer-rna och andra lösliga faktorer kom från kaninretikulocyter, och de mikrosomala membranen (ER), från vilka ribosomerna avlägsnats, isolerade han från hundpankreas. Genom att kombinera dessa komponenter kunde han rekonstituera proteinsyntesen och proteintranslokationen i ett provrör. För att kunna analysera den lätta kedjan inmärktes den under syntesens gång med 14 C-aminosyror. Han fann att den lätta kedjan var större när den syntetiserades i avsaknad av mikrosomer än vid närvaro av mikrosomer. Han föreslog att den lätta kedjan syntetiserades med en aminoterminal sekvens (signalpeptid) som med hjälp av bindarproteiner styr ribosomerna med den växande peptidkedjan till ER-membranet. Blobel postulerade vidare att kedjan tränger igenom membranet via en kanal, att signalpeptiden klyvs bort och att det färdiga proteinet därefter frisätts i ER-lumen (Figur 2). Dessa antaganden skulle visa sig vara helt korrekta. Under början av 1970-talet var även andra laboratorier, bl a Cesar Milsteins grupp [8], som likaså studerade syntesen av immunglobulinets lätta kedja, inne på samma spår som Blobel. Dessa arbeten ledde dock inte fram till en modell för proteintranslokationsprocessen. Bevisen för hypotesens riktighet Under de följande 20 åren kunde Blobel och hans medarbetare steg för steg visa att den föreslagna hypotesen var korrekt. Den bild som läroböckerna idag presenterar framgår av Figur 3. Signalpeptiden visade sig hos olika sekretoriska proteiner och membranproteiner vara 15 30 aminosyror lång och innehålla en central region av hydrofoba aminosyror [9]. Blobel isolerade ett lösligt protein RNA-komplex,»signal-recognition particle» (SRP), som binder signalpeptiden efter det att den exponerats från ribosomen [10, 11]. SRP, som består av sex proteiner och ett litet s k 7S RNA, binder därefter till en receptor i ER-membranet kallad SRPreceptorn [12] eller»docking protein» [13]. Receptorn visade sig bestå av två subenheter. Den växande kedjan tränger sedan igenom ER-membranet via en»vattenlöslig» kanal, det av Blobel föreslagna»translokonet», som består av flera subenheter och kallas Sec61pkomplexet. Blobel visade i början av 1990-talet med hjälp av elektrofysiologiska metoder att ribosomen reglerar huruvida kanalen är öppen eller stängd. Han kunde också rekonstituera en funktionell kanal in vitro. Nyligen har man med hjälp av högupplösande elektronmikroskopi kunnat visualisera kanalen [14] och funnit att den i öppet tillstånd har en inre diameter på 40 60 Å [15]. Blobel isolerade även ett proteinkomplex som klyver signalpeptiden efter det att den trängt igenom ER-membranet. Detta s k signalpeptidas innehöll sex subenheter [16]. Den forskning som bedrivits sedan signalhypotesen formulerades har således visat att alla postulerade steg i händelseförloppet varit korrekta. Inte nog med detta, man har även funnit att processerna är mycket konserverade under evolutionen. Samma principer gäller i såväl jäst-, växt- som djurceller. Vissa steg fungerar även på ett liknande sätt i bakterier. Blobel har under årens lopp haft många begåvade elever och medarbetare som sedermera på egen hand etablerat framgångsrika karriärer och bidragit med att komplettera den ovan skissade bilden. Blobel har således bildat skola inom LÄKARTIDNINGEN VOLYM 96 NR 42 1999 4509

cellbiologin. In vitro-metodologin, som Blobel och medarbetare utvecklade för att studera translokationen genom ERmembranet, har blivit vägledande för cellbiologins vidare utveckling. Man kan säga att Blobel lagt grunden för den moderna molekylära cellbiologin. Topogena signaler styr proteinerna till deras mål Utgående från studierna av proteiners translokation igenom ER-membranet kunde Blobel i samarbete med andra forskargrupper snabbt visa att importen av proteiner även in till andra organeller styrs av inbyggda signaler som kan liknas vid adresslappar. Importen av proteiner till mitokondrier [17] och till växtcellens kloroplaster [18] visade sig styras av aminoterminala, positivt laddade och vanligen komplexa signalsekvenser, medan importen till peroxisomerna [19] styrs bl a av en karboxiterminal tripeptidsekvens (serin lysin leucin). På basen av ovanstående studier formulerade Blobel 1980 [20] en generell princip för hur proteiner via s k topogena signaler styrs till cellens olika organeller eller integreras på korrekt sätt i lipidmembran. Han postulerade i detta klassiska arbete förekomsten av fyra olika typer av topogena signaler: (a) signalsekvenser, som initierar translokationen av proteiner genom specifika membran, (b)»stop transfer»-signaler, bestående av hydrofoba segment i proteiner som gör att de vid translokationen förblir membranbundna (integrerade transmembrana proteiner), (c) sorteringssignaler, som styr proteinerna från ER till sina korrekta organeller (t ex sekretoriska granula, lysosomer, de apikala eller basolaterala plasmamembranen hos polariserade epitelceller), samt (d) insertionssignaler, som efter syntesen styr integreringen av ett protein i ett membran. Forskningen under de senaste 20 åren har återigen visat att de principer som Blobel här lade fram till alla väsentliga delar är korrekta och dessutom generella. Man har identifierat en rad signaler som styr proteiner till de olika organellerna (Figur 4) [21]. Importen in i cellkärnan styrs t ex av anhopningar av positivt laddade aminosyror, som kan vara belägna var som helst i proteinet. I detta sammanhang kan nämnas att Blobel under de senaste 15 åren aktivt deltagit i klarläggandet av mekanismerna för hur proteiner transporteras in i och ut ur cellkärnan. Även på detta område har han blivit världsledande. Har revolutionerat cellbiologin Upptäckten av att proteiner har topogena signaler närmast revolutionerade cellbiologin. Vi har i dag en detaljerad ILLUSTRATION: URBAN FRANK bild av hur en cell och dess olika beståndsdelar byggs upp och vidmakthålls, och denna kunskap är i hög grad grundad på Blobels upptäckt av proteinernas inbyggda»adresslappar». Det bör särskilt framhållas att de topogena signalerna inte enbart är viktiga för att utforma cellens basala organisation utan också för att under embryogenesens gång skapa olika celltyper och vävnader. Tarmcellers differentiering i en apikal och en basal del och nervcellers pre- och postsynaptiska membran är slående exempel på den välkontrollerade cellombyggnad som sker under utvecklingens gång. Immunsystemet är ett annat vackert exempel på hur viktiga de topogena signalerna är och hur fundamental deras betydelse är i dagens biomedicinska forskning. Produktionen av secernerade antikroppar sker med hjälp av signalmedierad transport, medan syntesen av cellbundna antikroppar utnyttjar»stop signal»-medierad transport. Klarläggandet av transplantationsantigenernas och T-cellsreceptorernas syntes och roll i immunförsvaret utgår från Blobels upptäckt, likaså förståelsen av den sofistikerade antigenpresentationsprocessen. Det kan noteras att dessa transportprocesser också kan moduleras av mikroorganismer. Det är t ex känt att humant cytomegalovirus kan påverka transporten av MHC klass 1-molekyler på så sätt att dessa translokeras tillbaka Figur 4. Ett exempel på riktad transport med hjälp av s k topogena signaler. Figuren visar schematiskt en cell med några av dess organeller. Notera att kloroplaster endast finns i växtceller. Organellerna har specifika funktioner och är membranomslutna. Nybildade proteiner förses med speciella»adresslappar», s k signalsekvenser, som gör att de dirigeras till rätt ställe i cellen och även kan passera organellernas membran. Själva signalsekvenserna består av ett visst antal aminosyror, oftast i ena ändan av ett protein eller, beträffande nukleära proteiner, inne i proteinet. från ER-lumen till cytosolen för degradation i stället för att transporteras till plasmamembranet [22]. Virala patogener kan undgå upptäckt av immunförsvaret genom att blockera specifika komponenter i antigenpresentationsmaskineriet. Transport-/sorteringsdefekter bakom flera ärftliga sjukdomar Vid ett flertal relativt vanliga ärftliga sjukdomstillstånd utgör en»fellokalisering» av muterade proteiner en viktig patogenetisk faktor [23]. Vid den vanligaste formen av cystisk fibros (deletion av tre baspar kodande för fenylalanin i position 508) sker inte en korrekt transport av det muterade jonkanalproteinet till cellmembranet, vilket medför funktionsbortfall [24]. Vid flera mutationer som beskrivits vid familjär hyperkolesterolemi förhindras uttransporten av den syntetiserade LDL-receptorn till cellytan, vilket medför en funktionell 4510 LÄKARTIDNINGEN VOLYM 96 NR 42 1999

LDL-receptorbrist [25]. α 1 -antitrypsinbrist uppkommer vanligen på grund av mutationer som förhindrar en sekretion av α 1 -antitrypsin från levercellerna. Vid vissa fenotyper (särskilt PiZZ) sker också en ackumulering av det abnorma proteinet i det endoplasmatiska retiklet, vilket utlöser en inflammatorisk reaktion i hepatocyterna ledande till leverskada med cirros som slutresultat hos många patienter [26]. Liknande mekanismer ligger bakom amyloiddeposition, bl a vid vissa former av Alzheimers sjukdom [23]. Dessa sjukdomar utgör exempel på den stora betydelsen av att cellen kan upprätthålla normala transportvägar för de syntetiserade proteinerna, men de är vanligen ej relaterade till direkta förändringar i proteinernas signalsekvenser. Genetiska mutationer i proteiners topogena regioner leder sannolikt vanligtvis till att cellen inte kan utvecklas på ett normalt sätt. Det finns dock några kliniska exempel på att en förändring i ett proteins signalsekvens medför en fellokalisation med åtföljande störning i cellfunktionen. Ett intressant exempel är primär hyperoxaluri (typ I). Detta är en sällsynt autosomalt recessiv sjukdom, som kännetecknas av mycket tidig, utbredd njurstensbildning och nefrokalcinos ledande till njursvikt och systemisk oxalos [27]. Sjukdomen beror på en defekt funktion av ett leverspecifikt peroxisomalt enzym, alanin: glyoxylat-aminotransferas 1, vilket katalyserar en transaminering av glyoxylat till glycin. Vid brist på enzymet ansamlas oxalat och glykolat, vilket leder till den kliniska symtombilden. Analys av leverbiopsier från patienter med denna sjukdom visade emellertid att enzymet kunde påvisas både immunologiskt och i form av katalytisk enzymaktivitet i mer än en tredjedel av fallen [28]. Förklaringen till detta förvånande fynd visade sig vara att dessa patienter har en mutation i enzymets signalsekvens, som leder till att det syntetiserade enzymet dirigeras till mitokondrierna istället för till peroxisomerna [29]. Eftersom huvuddelen av glyoxylatsyntesen sker i peroxisomerna leder den felaktiga lokalisationen av enzymet till funktionellt bortfall och därigenom manifest sjukdom. Ett annat exempel på felaktig enzymlokalisation i cellen utgörs av sukras isomaltas-brist, där detta enzymkomplex inte dirigeras till rätt del av enterocyten, vilket medför defekt upptag av sackaros (sukros) och diarrésjukdom [30]. Man kan förvänta sig att antalet kända störningar av denna typ kommer att öka i takt med den pågående kartläggningen av det humana genomet; det stora flertalet proteiner innehåller nämligen en eller flera topogena signaler. Effektiva cellfabriker för produktion av proteiner De topogena signalerna kan utnyttjas för specifika tillämpningar inom medicinen och bioteknologin. Redan idag framställs läkemedel i form av proteiner, t ex insulin, tillväxthormon, erytropoetin, tillväxtfaktorer, koagulationsfaktorer och»humaniserade» antikroppar. Vanligen utnyttjas bakterier, men beroende på att vissa mänskliga proteiner inte veckas på ett korrekt sätt i bakterier eller inte glykosyleras måste de produceras i eukaryota celler, företrädesvis i däggdjursceller. Detta är viktigt eftersom den biologiska effekten kan försvagas eller helt försvinna om det rekombinanta proteinet inte är veckat på samma sätt som det nativa proteinet. Är glykosyleringen felaktig eller ofullständig kan vidare immunsystemet betrakta det rekombinanta proteinet som främmande och reagera. I dag framställs därför t ex erytropoetin med hjälp av däggdjursceller; endast om erytropoetinet förses med sina fyra kolhydratgrupper blir den kliniska effekten god. Kunskapen om transportsignaler gör det möjligt att säkerställa att cellerna blir effektiva proteinfabriker och proteinleverantörer. Även om transportsignalerna är likartade mellan olika arter kan den humana signalen behöva modifieras för att proteinet skall kunna produceras med god effektivitet i jäst-, insekts- eller däggdjursceller. Med genteknik förses därför de önskade proteinerna med skräddarsydda transportsignaler så att proteinerna utsöndras utan problem i den utvalda celltypen och sedan lätt kan renas. Viktig grund för framtida gen- och cellterapi Det förhållandet att proteiner kan dirigeras till olika delar av cellen ger också fascinerande framtida möjligheter att utveckla helt nya behandlingsstrategier. Genom att utnyttja topogena signaler bör man kunna utveckla nya läkemedel, som selektivt riktas mot t ex en viss organell för att korrigera en uppkommen defekt. Det är vidare i dag möjligt att ex vivo tillföra gener av olika slag till icketransformerade, prolifererande humana celler. Det är förmodligen inte särskilt avlägset att celler i idealfallet stamceller kan komma att tas ut från en patient, byggas om i laboratoriet på ett sofistikerat sätt med hjälp av genteknik och de topogena signalerna för att sedan återföras till patienten. Det ter sig sannolikt att framtida gen- och cellterapi i hög grad kommer att bygga på Blobels upptäckt att proteinerna innehåller inbyggda transport- och sorteringssignaler. Referenser 1. Palade G. Intracellular aspects of the process of protein synthesis. Science 1975; 189: 347-58. 2. Redman CM, Siekevitz P, Palade GE. Synthesis and transfer of amylase in pigeon pancreatic microsomes. J Biol Chem 1966; 241: 1150-9. 3. Blobel G, Sabatini DD. Controlled proteolysis of nascent polypeptides in rat liver cell fractions. I. Location of the polypeptides within ribosomes. J Cell Biol 1970; 45: 130-45. 4. Sabatini DD, Blobel G. Controlled proteolysis of nascent polypeptides in rat liver cell fractions. II. Location of the polypeptides in rough microsomes. J Cell Biol 1970; 45: 146-57. 5. Blobel G, Sabatini DD. Ribosome-membrane interaction in eukaryotic cells. In: Manson LA, ed. Biomembranes. New York: Plenum Publ Corp, 1971: 193-5. 6. Blobel G, Dobberstein B. Transfer of proteins across membranes. I. Presence of proteolytically processed and unprocessed nascent immunoglobulin light chains on membrane-bound ribosomes of murine myeloma. J Cell Biol 1975; 67: 835-51. 7. Blobel G, Dobberstein B. Transfer of proteins across membranes. II. Reconstitution of functional rough microsomes from heterologous components. J Cell Biol 1975; 67: 852-62. 8. Milstein CM Brownlee GG, Harrison TM, Mathews MB. A possible precursor of immunoglobulin light chains. Nature 1972; 239: 117-20. 9. von Heijne G. Signal sequences, the limit of variation. J Mol Biol 1985; 184: 99-105. 10. Walter P, Blobel G. Purification of a membrane-associated protein complex required for protein translocation across the endoplasmic reticulum. Proc Natl Acad Sci U S A 1980; 77: 7112-6. 11. Walter P, Blobel G. Signal recognition particle contains a 7S RNA essential for protein translocation across the endoplasmic reticulum. Nature 1982; 299: 691-8. 12. Walter P, Jackson RC, Marcus MM, Lingappa VR, Blobel G. Tryptic dissection and reconstitution of translocation activity of nascent presecretory proteins across microsomal membranes. Proc Natl Acad Sci U S A 1979; 76: 1796-9. 13. Meyer DI, Dobberstein B. Identification and characterization of a membrane component essential for the translocation of nascent secretory proteins across the membrane of the endoplasmic reticulum. J Cell Biol 1980; 87: 498-502. 14. Hanein D, Matlack KES, Jungnickel B, Plath K, Kalies KU, Miller KR et al. Oligomeric rings of the Sec61p complex induced by ligands required for protein translocation. Cell 1996; 87: 721-32. 15. Hamman BD, Chen JC, Johnson EE, Johnson AE. The aqueous pore through the translocon has a diameter of 40 60 Å during cotranslational protein translocation at the ER membrane. Cell 1997; 89: 535-44. 16. Evans E, Gilmore R, Blobel G. Purification of microsomal signal peptidase as a complex. Proc Natl Acad Sci U S A 1986; 83: 581-5. 17. Maccecchini ML, Rudin Y, Blobel G, Schatz G. Import of proteins into mitochondria: Precursor forms of the extramitochondrially made F1-ATPase subunits in yeast. Proc Natl Acad Sci U S A 979; 76: 343-7. 18. Schmidt GW, Devillers-Thiery A, Desruisseaux H, Blobel G, Chua NH. NH2-terminal amino acid sequences of precursor and mature forms of the ribulose-1,5-bisphosphate LÄKARTIDNINGEN VOLYM 96 NR 42 1999 4511

carboxylase small subunit from Chlamydomonas reinhertii. J Cell Biol 1979; 83: 615-22. 19. Goldman B, Blobel G. Biogenesis of peroxisomes: intracellular site of synthesis of catalase and uricase. Proc Natl Acad Sci U S A 1978; 75: 5066-70. 20. Blobel G. Intracellular protein topogenesis. Proc Natl Acad Sci U S A 1980; 77: 1496-1500. 21. von Heijne G. Protein targeting signals. Curr Opin Cell Biol 1990; 2: 604-8. 22. Wiertz EJ, Jones TR, Sun L, Bogyo M, Geuze HJ, Ploegh HL. The human cytomegalovirus US11 gene product dislocates MHC class I heavy chains from the endoplasmic reticulum to the cytosol. Cell 1996; 84: 769-801. 23. Aridor M, Balch WE. Integration of endoplasmic reticulum signaling in health and disease. Nature Med 1999; 5: 745-51. 24. Welsh MJ, Smith AE. Molecular mechanisms of CFTR chloride channel dysfunction in cystic fibrosis. Cell 1993; 73: 1251-4. 25. Goldstein JL, Hobbs HH, Brown MS. Familial hypercholesterolemia. In: Scriver CR, Beaudet AL, Sly WS, Valle D, eds. The metabolic and molecular bases of inherited disease. 7th edition. New York: McGraw- Hill, 1995: 1981-2030. 26. Qu D, Teckman JH, Perlmutter DH. Alpha 1-antitrypsin deficiency associated liver disease. J Gastroenterol Hepatol 1997; 12: 404-16. 27. Danpure CJ, Purdue PE. Primary hyperoxaluria. In: Scriver CR, Beaudet AL, Sly WS, Valle D, eds. The metabolic and molecular basis of inherited disease. 7th edition. New York: McGraw-Hill, 1995: 2385-424. 28. Danpure CJ, Jennings PR, Fryer P, Purdue PE, Allsop J. Primary hyperoxaluria type 1: genotypic and phenotypic heterogeneity. J Inherit Metab Dis 1994; 17: 487-99. 29. Danpure CJ. The molecular basis of alanine: glyoxylate aminotransferase mistargeting: The most common single cause of primary hyperoxaluria type 1. J Nephrol 1998; 11 suppl 1: 8-12. 30. Naim HY, Roth J, Sterchi EE, Lentze M, Milla P, Schmitz J et al. Sucrase-isomaltase deficiency in humans. Different mutations disrupt intracellular transport, processing and function of an intestinal brush border enzyme. J Clin Invest 1988; 82: 667-79. Dansk cancerforskare får Fernströms Nordiska Pris Den danske cancerforskaren Keld Danö får Eric K Fernströms Nordiska Pris 1999. Keld Danö är professor i tumörbiologi vid Köpenhamns universitet och chef för Finsenlaboratoriet vid Rigshospitalet. Verksamheten vid Finsenlaboratoriet ägnas helt åt cancerforskning. Fernströmpriset är på 500 000 kr och tilldelas Danö för hans»grundläggande studier av proteinspjälkningens betydelse för tumörtillväxt». Den forskning som Keld Danö och hans medarbetare bedriver kan komma att resultera i helt nya metoder att förhindra cancerceller från att sprida sig och ge upphov till metastaser, dvs dottertumörer på andra ställen i kroppen. Keld Danö och hans medarbetare på laboratoriet har haft en teori att cancerceller sprider sig genom att de utnyttjar ett av kroppens egna system för att reparera skadade vävnader, t ex sårläkning. Systemet innebär att det bildas enzymer, proteaser, som kan bryta ned proteiner. När blodplättar och fibrin (ett trådliknande protein som bildas vid koagulering) klumpar ihop sig till en blodpropp som täpper till ett kärl så bildas ett sådant enzym, en plasminogenaktivator, för att lösa upp blodproppen. Det systemet är numera väl kartlagt och principen används för ett läkemedel vid akut hjärtinfarkt. Enzymet reparerar vävnad Vi utgick från att plasminogenaktivatorn var verksam även vid cancer och beslöt att kartlägga enzymer och dess aktivitet. Det tog oss flera år att karakterisera det och då fann vi att det inte var ett utan två enzym. Dels det som finns i blodkärlen, tpa, dels ett som vi påvisade i cancerceller och som fick namnet upa, berättar Keld Danö. Forskargruppen koncentrerade sig på upa och har beskrivit både enzymet, dess hämmare och hur det tar sig in i cellerna via en mottagare, upa-receptorn, på cellytorna. Normalt fungerar upa-systemet under reparationen av skadad vävnad, t ex ett sår. Hudceller bildar enzymet när de växer in och täcker såret med ny vävnad. När en kvinna slutar amma förändras vävnaden i bröstet och det sker med hjälp av upa-systemet. Normalt finns det en välavvägd balans i systemet när FOTO: KENNET RUONA Keld Danö, professor i tumörbiologi. vävnad är reparerad eller ombyggd så bildas inte mer enzym. Men systemet kan gå ur kontroll, t ex beroende på att hämningen av enzymproduktionen inte fungerar längre. Cellerna omvandlas till cancerceller och invaderar vävnad med hjälp av enzymet som fortsätter att bryta sönder proteiner. Inte nog med det cancercellerna har också förmåga att rekrytera friska celler att arbeta för sig. De friska cellerna bildar också upa och andra proteaser och hjälper på så sätt cancern att sprida sig. Keld Danö tror att om 10 15 år kommer de allra flesta cancerfall att kunna botas. Någon undermedicin är inte tänkbar därtill är cancer en alltför komplicerad sjukdom. Och biverkningar kommer man aldrig ifrån. Men när man väl har kartlagt cancercellernas alla raffinerade mekanismer för att sprida sig går det att täppa till spridningsvägarna. Forskningen om upa-systemet kan redan nu användas som prognosinstrument vid cancer. Ju högre halt av upareceptor i blodet, desto sämre prognos. Keld Danös forskargrupp har i samarbete med cancerläkare på Hvidovresjukhuset i Danmark sett på prov från ca 600 patienter som opererats för koloncancer och funnit ett tydligt samband. Sådana data kan bli viktiga för att avgöra vilka patienter som bör behandlas med cytostatika efter operationen. 4512 LÄKARTIDNINGEN VOLYM 96 NR 42 1999