Proteiner en invecklad historia. Per Hammarström IFM-Department of Chemistry Linköping University, Sweden perha@ifm.liu.se



Relevanta dokument
Felveckning och denaturering av proteiner. Niklas Dahrén

Kap 26 Nukleinsyror och proteinsyntes. Bilder från McMurry

RNA-syntes och Proteinsyntes

Modern biologi för icke-biologer, 6 hp, 2011

Forskning om diagnos och behandling vid Alzheimers sjukdom

Centrala Dogmat. DNA RNA Protein

Chapter 5-7. Introduction. Content. Double helix, Watson and Crick + Maria Bolin + fig 5-2

Genetik. - cellens genetik - individens genetik. Kap 6

Biologisk enfald. enheten i mångfalden. Anders Liljas Biokemi och Strukturbiologi

DNA-molekylen upptäcktes DNA - varken protein, kolhydrat eller lipid.

Vart leder utbildningen

Utbildning för BSE-provtagare i slakten

Biomolekylära sjukdomsprocesser

BASÅRET KEMI B BIOKEMI VT PROTEINER OCH ENZYMER (sid )

Finns det kopplingar mellan traumatiska hjärnskador och demens?

Är prionproteiner lamarckistiska element?

Molecular Biology Primer

Proteinklumpar i nervsystemet en mekanism bakom flera sjukdomar

DEN MINSTA BYGGSTENEN CELLEN

STOCKHOLMS UNIVERSITET INSTITUTIONEN FÖR BIOLOGISK GRUNDUTBILDNING

Transkriptionen. Niklas Dahrén

Ännu inga svenska fall av galna ko-sjukan och vcjd Fortsatt vaksamhet befogad, särskilt av svårförklarliga psykiatriska symtom

Delprov 3 Vetenskaplig artikel. Namn: Personnummer:

Epigenetikens biokemi, eller Kemisk modifiering av DNA och histonproteiner för att styra genuttryck

Proteinsyntesen. Anders Liljas Biokemi och strukturbiologi Lunds universitet

CREUTZFELDT-JAKOBS SJUKDOM

Från gen till protein. Niklas Dahrén

En bioinformatisk genjakt

Transkription och translation = Översättning av bassekvensen till aminosyrasekvens

Mutationer. Typer av mutationer

SMR 9 djursjukdomar TSE.

Tentamen. Lycka till! Medicin A, Molekylär cellbiologi. Kurskod: MC1004. Kursansvarig: Christina Karlsson. Datum Skrivtid 4h

Ägg till embryo Dugga Platsnummer VIKTIGT ATT DU FYLLER I OCH LÄMNAR IN! TEXTA TACK. Efternamn. Förnamn. Personnummer

Intracellulära organeller, proteinmodifiering och transport, endo/exocytos Kap10 + delar av kap 13

Medicinsk orsak till tarmvred. Hareth Nahi

Amyotrofisk lateralskleros (ALS) jakten på the Holy Grail

Delprov l, fredag 11/11,

På prionfronten mycket nytt

Proteinstruktur och Hemoglobin

HAN FICK NOBELPRIS FÖR UPPTÄCKT AV PRIONER

Delprov 3 Vetenskaplig artikel

Molekylärbiologins centrala dogma

DNA-labb / Plasmidlabb

NUKLEINSYRORNAS UPPBYGGNAD: Två olika nukleinsyror: DNA deoxyribonukleinsyra RNA ribonukleinsyra

Hundar hjälper oss att förstå människans sjukdomar. Kerstin Lindblad-Toh

Instuderingsfrågor avsnitten Molekylär genetik och Rekombinant DNA tekniker, MCB

Tentamen i Molekylär Cellbiologi 9 p Namn: Personnummer: Plats nr: Inlämnad kl: ID kollad: Poäng: Betyg:

Prionens struktur och egenskaper - en översikt

Namn: Personnummer: Plats nr: Inlämnad kl: ID kollad: Poäng: Betyg: SKRIV NAMN PÅ ALLA SIDOR ÄVEN OM FRÅGAN LÄMNAS OBESVARAD.

Translationen. Niklas Dahrén

Från DNA till protein, dvs den centrala dogmen

Molekylärbiologi: Betygskriterier

STOCKHOLMS UNIVERSITET INSTITUTIONEN FÖR BIOLOGISK GRUNDUTBILDNING

KARLSTADS UNIVERSITET

Varför vill vi veta något om vilka patogener som finns i avloppsvattnet och hur gör vi?

Ägg till embryo Dugga Platsnummer VIKTIGT ATT DU FYLLER I OCH LÄMNAR IN! TEXTA TACK. Efternamn. Förnamn. Personnummer

STOCKHOLMS UNIVERSITET. Institutionen för biologisk grundutbildning. Tentamen i Molekylär cellbiologi 10 p Namn: _.. Personnummer:.

Hundar hjälper oss att förstå människans sjukdomar. Kerstin Lindblad-Toh

Nobelpriset i kemi 2006

LPP Nervsystemet, hormoner och genetik

Gastroenterit - smittar det också via luft? Carl-Johan Fraenkel Vårdhygien Skåne Avd för Infektionsmedicin, Lunds Universitet

Vinterkräksjuka. Säsongen Fredrik Idving Hygiensjuksköterska

Tentamen Reproduktion och utveckling, Åke Strids frågor:

KOMMENTARER TILL KAPITEL 9 OCH KAPITEL 16

CELLKÄRNAN INNEHÅLL CELLKÄRNAN. cellkärnan

Mervärden i svensk kycklingproduktion

Att använda den didaktiska modellen organiserande syften för att planera och analysera naturvetenskaplig undervisning

Levnadsregler vid neuropeni; tro eller vetande?

En bioinformatisk genjakt

Transkription och translation. DNA RNA Protein. Introduktion till biomedicin Jan-Olov Höög 1

Från DNA till protein, dvs den centrala dogmen

Utmaningen men en åldrande befolkningen vilka framsteg görs inom demensforskningen?

Antikroppar; struktur och diversitet. Kursbok: The immune system Peter Parham

Tentamen. Kurskod: MC1004. Medicin A, Molekylär cellbiologi. Kursansvarig: Christina Karlsson. Datum Skrivtid 4h

Information till dig och din familj...

VI MÅSTE PRATA MED VARANDRA CELLENS KOMMUNIKATION

Cell Fusion i Hjärnan och Ryggmärgen Nya Möjligheter att Stödja Skadade Nervceller

Utredning av utlandsresenär

Lärarhandledning gällande sidorna 6-27 Inledning: (länk) Läromedlet har sju kapitel: 5. Celler och bioteknik

Schema för BL2011 Gener, celler och populationer / Schema för BL2018 Cell- och molekylärbiologi: Mikrobiologi 4.5 hp, VT 2015

Next generation sequencing hur kan hygienläkare använda detta? Anders Johansson

Lunginflammation och vaccinering

Stödanteckningar till OH-bilder utbildning av provtagare.

Neuropsykologiskt batteri DTS-studien patienter med MCI vid baseline Baseline 2 år 4 år 6 år 10 år

Åldrande och framtidens äldrevård de senaste forskningsrönen

Kunskapsmål ht (reviderade )

Klinisk handbok för humana prionsjukdomar

Läkemedelsupptäckt och utveckling (Drug discovery and development)

Antibiotikaresistens en fara för folk och fä. Christina Greko Strama VL Djurhälsa och antibiotikafrågor

Nasrin Perskvist, National Coordinator and Director of Clinical Cytology Biobank BBMRI.se Karolinska Institute, Inst LabMed Karolinska University

Institutionen för biomedicin Avdelningen för medicinsk kemi och cellbiologi Läkarprogrammet termin 1

Protein prediktion, homologi och protein engineering

Uppdatering inom neuroplasticitet och rehabilitering. Genotypernas betydelse

Proteiner. Kap 3,

RNA och den genetiska koden

Johan Nordgren, Andreas Matussek, Ann Mattsson, Lennart Svensson, Per-Eric Lindgren Division of Medical Microbiology/Molecular Virology Department of

Fysisk aktivitet och hjärnan

Sammanfattning Arv och Evolution

Tidiga erfarenheter av arvets mysterier

HUGO-projektet. Kartläggningen av det mänskliga genomet

Transkript:

Proteiner en invecklad historia Per Hammarström IFM-Department of Chemistry Linköping University, Sweden perha@ifm.liu.se 6 augusti 2008

Proteiner?

kvalster spikhuvud hårstrå pollen Ebola virus E. Coli röd blodkropp Rhino virus Amyloid fibrill Prion protein 5 nanometers 10 Å

Proteiner är mycket komplicerade makromolekyler. vattenmolekyl α-helix β-flak

Från n gen till protein - en introduktion

Globulära proteiner Genomet kodar för en myriad olika proteinmolekyler Filament proteiner Membranproteiner

Det genetiska maskineriet (gen protein) är konserverat från bakterie till människa

Totala genomens storlek varierar mellan olika organismer Organism Bacteria Yeast Worm Fly Weed Human Number or chromosomes 1 12 6 4 5 23 Genome size in base pairs ~400,000 - ~10,000,000 14,000,000 100,000,000 300,000,000 125,000,000 3,000,000,000

Det humana genomet Genesweep 2003 Gav uppskattningar mellan 25000-150000 gener Proteinkodande gener uppskattas till 25000 men fortfarande ingen konsensus.

Från n gen till protein - översikt Nirenberg, Khorana and Holley Nobelpris 1968 "for their interpretation of the genetic code and its function in protein synthesis"

Kemiska egenskaper hos DNA och RNA Skillnad mellan DNA och RNA

1. Transkription (DNA mrna messenger RNA) RNA polymeras + transkriptionsfaktorer (60 proteiner) Roger Kornberg Nobelpris 2006

Aminosyrornas olika kemiska egenskaper

t-rna (transfer RNA) t-rna är adaptermoleyler som översätter basparsekvens till specifik aminosyra

Den genetiska koden 64 triplettkoder, 20 aminosyror Marshall Nirenberg Heinrich Matthaei

Ribosomen

Basparsmatchningen sker mellan mrna bundet till ribosomen och med trna-aa

2. Translationsprocessen

Från gen till protein DNA RNA Protein Ett evolutionärt konserverat system Efter translationen måste proteinet veckas för att vara funktionellt..

Proteinveckning sker spontant från sekvensinformationen 2:a delen av genetiska koden <ms - min Uppveckade proteinkedjor Veckade proteiner

Protein Folding and the Thermodynamic Hypothesis, 1950-1962 Christian Boehmer Anfinsen, Jr. (1916-1995), "The native conformation is determined by the totality of interatomic interactions and hence by the amino acid sequence, in a given environment." Nobelpris i kemi 1972

Proteinveckningen kan illustreras med ett trattformat energilandskap Entropi U e Energi U c I N

Proteinveckningen är kooperativ Veckningsgrad 1 0 N U Denatureringstryck (temp, [denaturant]) Veckningsgrad 1 N a Intermediärer rer kan populeras I b U c U e energibarriär 0 c Denatureringstryck (temp, [denaturant]) U N

Proteinveckning i cellen Cytoplasma 1. ER 2. chaperoner Hsp60 (GroEL) 2. Hsp70 (DnaK, BiP) Nobelpris Rose, Hershko, Ciechanover 2004

Felveckning är livsfarligt

Three classes of protein misfolding diseases Loss-of-function Disease Albinism Cancer Cystic Fibrosis Haemophilia disorders Marble brain syndrome Phenyl keton uria Precursor protein tyrosinase P53 tumor suppressor CFTR FV, FVII, FVIII, FIX, FX, FXI, FXIII carbonic anhydrase II phenylalanine hydroxylase Gain-of-toxicfunction Alzheimer s disease Primary systemic amyloidosis Familial amyloidotic polyneuropathy Type II diabetes ALS Parkinson s disease Aβ-Protein Ig Light Chain transthyretin islet Amyloid Poly Peptide superoxide dismutase α-synuclein Infectious Misfolding Creutzfeldt Jakob disease Mad cow disease Kuru prion protein prion protein prion protein amyloid

Amyloidavlagringar drabbar olika organ Centrala nervsystemet (PrP, A-beta, TTR) Hjärta (TTR) Lever (Lys), pankreas (IAPP) Njure (Lys, TTR) amyloida plack Perifera nervsystemet (TTR) vaskulär amyloid

Alzheimer s Disease 1901, a 51-year-old woman, Auguste D, admitted to the state asylum in Frankfurt. She was suffering from cognitive and language deficits, auditory hallucinations, delusions, paranoia and aggressive behaviour. Alois Alzheimer was the physician at the hospital. On post mortem, he had found plaques, tangles and arteriosclerotic changes in her brain. Alois Alzheimer (1864 1915) George G. Glenner (1927-1995) Aβ protein (1-40/42) DAEFRHDSGYEVHHQKLVFFAEDVGSNKGAIIGLMVGGVVIA

Amyloidfibrer omvandling 100 nm Cross-β-sheet Varierande Morfologi School of Crystallography Birkbeck College London http://people.cryst.bbk.ac.uk/~ubcg16z/amyloid/amyloid.html

Ultrastruktur av senila plack i Alzheimers Rigida fibriller Diffus tjock matta av fibriller Rigid ytskikt Diffust center Philipsson et al., Neurobiol. Ag. 2008 Nilsson et al., ACS Chem.Biol 2007

Smittsam amyloid

Amyloidfibrillering av lysozym in vitro Nile red Rajesh Mishra Fluorescence 5e+005 4e+005 3e+005 2e+005 1e+005 0 1 % seed Lag 0 20 40 jämvikt tillväxt 60 80 100 120 140 Time (h) Seeding Katalyserar Amyloid fibrillering

D. Carleton Gajdusek Kuru discoveries concerning new mechanisms for the origin and dissemination of infectious diseases". Nobel prize 1976 Kuru plack Kurupatient Fore-stammen

Infektioner Parasiter: Malaria Bakterier: Tuberkulos, Pest, MRSA, magsår Virus: Smittkoppor, Influenza, SARS, Blödarfeber Ebola

Stanley B. Prusiner "for his discovery of Prions - a new biological principle of infection Nobel Prize 1997

Mink Encephalopathy Scrapie Bovine Spongiform Encephalopathy (BSE) Feline Encephalopathy Chronic Wasting Disease of Deer and Elk ANIMALS PRIONS HUMAN Creutzfeldt-Jakob Disease sporadic scjd inherited aquired iatrogenic CJD variant CJD fcjd Fatal Familial Insomnia Gerstmann-Str Sträussler-Scheinker Disease

Utvecklingen av galna kosjukan och Creutzfeldt-Jakobs sjukdom i Storbritannien scjd and vcjd 80 60 40 20 (Bekräftade fall) 40000 30000 20000 10000 BSE cases BSE UK sporadic CJD nvcjd 0 0 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 Year

Kannibalism har medfört spridning av smittan i ett kretslopp slakt kadavermjöl Hjärnvävnad med BSE/Scrapie Håligheter = Spongiform

Vid en handfull anläggningar i Syd- och Mellan-sverige krossas och mals kadaver av självdöda och sjuka kor och grisar med avfall från slakterierna. Ibland mals också hundar och katter ner och blandas med slam från reningsverk, blod och orent slaktavfall som tarminnehåll. Massan kokas och används sedan som ingrediens i nästan allt foder till landets kor, kalvar, grisar och kycklingar och även i hund- och kattmat Erik Fichtelius SR-Konsumentekot 1985

Chronic Wasting Disease (CWD) friskt rådjur klinisk CWD

CWD i Nordamerika Chronic Wasting Disease Alliance's web site (http://www.cwd-info.org)

Hur smittar prioner? - PrP avlagras som amyloidfibrer - Värden måste bära PrP för att smittas PrP knockoutmus är resistent

PrP C 43% α-helix 3% β-sheet Prionproteinet (PrP) PrP Gene Chromosome: 20 Location: 20pter-p12 GeneID: 5621 1 Exon Funktion okänd 2 Glykosyleringar 1 membranankare - PrP finns i fisk, grodjur, reptiler, däggdjur - Binder kopparjoner (detox?) -Receptor? - Immunförsvaret? - Minne? Ostrukturerad domän

Veckningsformer av PrP Rättveckad-PrP C Felveckade-PrP SC Många olika konformationer

Prionsjukdom (mushjärna) Alzheimerssjukdom (mushjärna) 50x Prionplack i orange yttre hippocampus (oriens layer) Amyloid-beta plack i orange/gul inre hippocampus (dentate gyrus) 100x

New Level 3** Laboratory for Prion Research at LiU Omkl. rum

Prionamyloid in vitro 20000 24 h ThT fluorescence 15000 10000 5000 0 0 1% seed 2 4 6 8 10 12 Time (h) Karin Almstedt Sofie Nyström

Sammanfattning Proteinveckningsproblemet är fortfarande olöst men oerhört välstuderat Felveckade proteiner orsakar 100-tals sjukdomar Molekylära chaperoner skyddar mot felveckning Stora likheter mellan amyloidsjukdomar och prionsjukdomar vad är skillnaden?

Acknowledgements My group Karin Sörgjerd Karin Almstedt Sofie Nyström Rajesh Mishra Ina Berg Daniel Sjölander Linköping University Peter Nilsson Stefan Thor Uno Carlsson Olle Inganäs Nalle Jonsson Peter Konradsson Katarina Kågedal Samuel Svensson (AZ) Gunilla Westermark Uppsala University Lars Nilsson Lars Lannfelt Univ Hosp. Zürich Adriano Aguzzi Financial support Swedish Foundation for Strategic Research Wenner-Gren Foundations Linköping University Swedish Research Coucil Knut and Alice Wallenberg Foundation Carl Tryggers Foundation NTNU Trondheim Mikael Lindgren