MCM-proteiner har længe fået forskere til at klø sig i hovedbunden. For to år siden fandt forskere ud af, hvorfor der er så mange kopier af proteinerne i celler i forbindelse med celledeling, og nu kan forskerne også se proteinerne. Opdagelserne har betydning for den fundamentale forståelse af celledeling, og den benyttede teknik kan bruges i studier af en lang række andre proteiner, siger forsker.
Under celledelingen sætter cellerne gang i et ekstremt komplekst maskineri, som involverer flere tusinde proteiner til at duplikere alt DNA.
En helt essentiel del af dette maskineri er de såkaldte mikrokromosom-vedligeholdelsesproteiner 2-7 (MCM2-7), der spiller en kritisk rolle i cellecyklus. MCM-proteinerne holder kort fortalt fast på arvemassen og hjælper til, når ét genom bliver til to under det, der kaldes for replikationen.
MCM-proteinerne har dog i mange år givet forskere grå hår i hovedet, fordi forskerne blandt andet ikke har kunnet forstå, hvorfor der skal bruges så meget MCM under celledeling, og hvorfor det heller ikke har været muligt at se proteinerne i aktion under replikationen.
Det første paradoks fandt forskere svaret på i 2000, og nu har selvsamme forskergruppe endelig udviklet en metode, så de også kan se MCM-proteinerne i aktion, når ét genom bliver til to.
”For det første har vi ikke kunnet se proteinerne med de normalt benyttede metoder til at studere proteiner i celler, og for det andet har vi ikke kunnet forstå, hvorfor vi ikke har kunnet se dem. Begge dele af paradokset har vi nu løst,” fortæller lektor Hana Polasek-Sedlackova fra Masaryk University, Brno, i Tjekkiet og Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research ved Københavns Universitet, Danmark.
Forskningen er offentliggjort i Nature Communications.
Proteiner kan ikke ses i levende celler
Problemet med MCM-proteinerne har været at visualisere dem i deres naturlige omgivelser, altså i en celle under celledeling.
Det har længe været muligt for forskere at udtage MCM-proteinerne fra cellerne og studere dem i et reagensglas, men for rigtig at forstå funktionen af proteinerne er det nødvendigt for forskere at se dem i aktion under celledelingen.
Normalt, når forskere skal studere proteiner i celler, benytter de en metode til at farve proteinerne, så de kan se dem under et mikroskop. Det involverer blandt andet brugen af farvede antistoffer.
Problemet med MCM-proteinerne har dog været, at en konventionel metode til at farve proteiner med antistoffer ikke har virket, og så har det ikke været muligt rent faktisk at verificere, at proteinerne har den forudsagte funktion under replikationen.
Det har fået nogle forskere til at betvivle, at de overhovedet spiller den formodede rolle, og det ønskede forskerne bag det nye studie at ændre på.
”Vores studie har haft som formål at visualisere MCM-proteinerne i celler og på den måde komme med det endelige bevis for deres funktion,” forklarer Hana Polasek-Sedlackova.
Satte mærkat på proteiner med CRISPR-teknologi
I stedet for at benytte traditionelle metoder til at farve proteiner i celler med antistoffer benyttede forskerne i det nye studie avanceret CRISPR-teknologi til at sætte et fluorescerende molekyle fast på MCM-proteiner i levende celler.
Da forskerne kiggede på cellerne i mikroskopet, fik de deres heureka-moment, da de meget tydeligt kunne se MCM-proteinerne i det maskineri (replisomet), som kopierer DNA-molekylen til to.
Hana Polasek-Sedlackova fortæller, at interaktionerne mellem MCM-proteinerne og replisomet var præcis, som forskere havde beskrevet på baggrund af undersøgelser i reagensglas, og at visualiseringen dermed kom med det endelige bevis for den foreslåede funktion af MCM-proteinerne.
Derfor var det ikke muligt at farve proteinerne
I næste del af forskningen arbejdede Hana Polasek-Sedlackova sammen med strukturbiologier, der er eksperter i at forstå, hvordan proteinstrukturer er bestemmende for funktionen af proteiner.
Forskernes hypotese var, at antistofferne ikke kunne farve MCM-proteinerne, fordi nogle af de proteiner, som replisomet består af, blokerer for det sted, hvor antistofferne binder fast.
I et forsøg fjernede forskerne et af disse proteiner og så, at det åbnede op for antistoffernes bindingssted og dermed muliggjorde farvning af MCM-proteinerne med antistoffer.
”Efter vi fjernede det ene protein og kunne farve MCM-proteinerne med antistoffer, fandt vi det samme, som vi havde set i vores forsøg, hvor vi har mærket proteinerne med CRISPR-teknologien. Det bekræftede vores fund og løste endelig paradokset omkring MCM-proteinerne,” forklarer Hana Polasek-Sedlackova.
Kan gøre forsker klogere på menneskers helbred
Hana Polasek-Sedlackova fortæller, at studiet peger på, hvor vigtigt det er at studere cellulære processer ved hjælp af forskellige teknikker.
Nogle metoder kan se ting, som andre ikke kan, og omvendt.
Derfor forestiller forskeren sig også, at CRISPR-teknologien til at mærke proteiner kan benyttes til at visualisere andre proteiner, som det ikke er muligt at farve med de nuværende antistofteknologier, og at det kan være med til at besvare endnu ubesvarede spørgsmål vedrørende proteinfunktion.
I det beskrevne studie er forskerne blevet klogere på celledeling som en fundamental proces for liv, og det vil nu blive lettere at studere, hvad der sker, når én celle bliver til to.
Hana Polasek-Sedlackova mener dog også, at teknologien kan besvare spørgsmål med mere klinisk relevans.
”Det er vigtigt at forstå den molekylære baggrund for menneskets helbred og også forstå, hvad der går galt, når vi bliver syge. Denne molekylære baggrund kan man ikke blot studere i en kolbe; vi skal også studere MCM-proteinerne i cellerne. Man skal også studere dem i levende celler, og det kan man lettere gøre med den metode, som vi har benyttet her,” siger hun.
