Molecular studies of ALS by in-cell NMR
- Reference number
- MDB10-0030
- Start and end dates
- 110501-140430
- Amount granted
- 2 100 000 SEK
- Administrative organization
- Stockholm University
- Research area
- Life Sciences
Summary
How the crowded and highly complex environment inside living cells - bursting of molecular activities and housekeeping systems – modulates protein structure and function pose a continuous challenge to experimental science. At the same, disturbances of the very interplay between the cellular interior and some proteins have arisen as the key determinant in development of our most common aging diseases, most strikingly in protein-misfolding diseases like Alzheimer’s disease, Parkinson’s disease and ALS. In a collaborative effort between specialist groups in Japan and Sweden, we have recently been able to obtain atomic-resolution NMR data from the ALS-associated protein Cu/Zn superoxide dismutase (SOD1) inside cultured human cells. The data show that the dynamic behaviour of the SOD1 scaffold inside the living cells is distinctly different from that in vitro – we have a tool to measure, for the first time, the molecular interplay between the cellular interior and a disease-associated protein. The second phase of the project will examine in more detail how the properties of the SOD1 structure are modulated by the intra-cellular milieu and, most critically, the pathway for pathological misfolding and aggregation in vivo. An important component of the latter analysis will be the transfer of ALS-associated SOD1 mutants into neural cells, derived from fibroblast of patients with matching genetic background of the disease.
Popular science description
Studier av ALS med in-cell NMR Inuti levande celler finns ett tätpackat, myller av arbetande proteiner, bränsle och genetiskt material som hela tiden organiseras och pressas samman i trånga kemiska reaktorer och transport utrymmen av formföränderliga membranväggar. Hur denna komplexa omgivning formar och upprätthåller strukturen på våra proteiner är fortfarande okänt eftersom våra vanligaste metoder för att studera proteiner inte kan ’se in’ i cellerna – detaljerade studier har hittills bara kunnat utföras under förenklade provrörsförhållande med proteiner som renats fram och anrikats från ett stort antal söderslagna celler. Kunskap om hur proteiner beter sig inuti cellen är speciellt viktig för att kunna finna bot till de sjukdomstillstånd där proteiner plötsligt förlorar sin form och okontrollerat börjar klibba ihop. När detta sker i våra nervceller är katastrofen ett faktum: nervsystemet bryts gradvis ner och slutar att fungera. Exempel på sådana tillstånd är Alzheimers sjukdom, prionsjukdomar och ALS. Under det senaste året ha vi byggt upp ett samarbete mellan svenska ALS specialister och en japansk grupp på Kyoto Universitet som utvecklat en NMR metod som möjliggör, för första gången, högupplösta studier av proteiners struktur och formförändringar inuti levande celler. Genom förfinad experimentell design har vi nyligen fått fram NMR spektra av det ALS-orsakande proteinet SOD1 inuti humana celler med en atomär upplösning som är bättre än för något tidigare system. Vidare kan vi följa på atomär nivå hur rörelserna i proteinets struktur påverkas av den tätpackade cellulära omgivningen. Vi ansöker nu om anslag för att kunna ta vårt samarbete till nästa tekniska nivå: vi vill kartlägga hur SOD1 förlorar sin form och aggregerar inuti sjuka nervceller från ALS patienter.