Ehrenberg labb

Måns Ehrenbergs forskargrupp fokuserar främst på bakteriers ribosomer och proteinsyntes. Målet är att förstå mekanismerna bakom proteinsyntesens initiering, elongering av polypeptider och noggrannheten i selektionen av tRNA och translationsfaktorer, terminering av proteinsyntesen och återvinning av ribosomerna från terminering till nästa initiering – och effekterna av antibiotika på alla dessa mekanismer, samt i ett systembiologiskt perspektiv hur cellernas tillväxt beror av proteinsyntesen. Vi använder kvantitativa biokemiska metoder i kombination med matematiska modeller, molekylär genetik och in vitro-experiment på bakterier.

Populärvetenskaplig presentation

Ribosomen och dess hjälpfaktorer konstituerar det effektiva maskineri med vilket cellerna konstruerar alla de proteiner de behöver för att hålla sig vid liv, som encelliga organismer eller som byggstenar i komplexa, mångcelliga organismer som vi själva. Ribosomerna består av två subenheter, den lilla och den stora subenheten. Av aminosyror bygger ribosomerna bygger långa peptidkedjor, vars olika sekvenser avgör till vilka strukturer kedjorna vecklar ihop sig till, som i sin tur bestämmer proteinernas olika funktioner i cellen.

Peptidkedjornas sekvenser finns inskrivna i generna i arvsmassans DNA. I transkriptionsprocessen transkriberar RNA-polymeraset genernas information till budbärar-RNA (mRNA), som positioneras mellan ribosomens subenheter vid initiering av proteinsyntesen, och som ribosomen läser av för att bygga en korrekt kedja av aminosyror.

Varje aminosyra är kemiskt kopplad till en eller flera specifika transport-RNA (tRNA). Dessa anländer till ribosomen i komplex med hjälpproteinet EF-Tu och läser av mRNAts kod så att aminosyrorna kommer in på sina rätta platser i peptidkedjan. När en aminosyra bundits in i peptidkedjan flyttas, eller translokeras, mRNA och tRNA ett kodord bakåt i ribosomens ram med hjälp-proteinet EF-G, så att ett nytt tRNA och en ny aminosyra kan bindas in i den växande peptidkedjan. Så håller det på ända tills peptidkedjan är klar och lösgörs från ribosomen med hjälp av två termineringsfaktorer. För att ribosomen skall kunna ”återvinnas” för att att sedan sätta ihop ett nytt protein måste den tudelas i sina subenheter. Detta sker återigen med hjälp av EF-G, och ett återvinningsprotein som kallas RRF (ribosomal recycling factor).

I vår forskning studerar vi alla dessa steg, i första hand för bakteriers proteinsyntes men för några faktorer också för eukaryoter (som inkluderar oss människor). Transkriptionen av mRNA från DNA beskriver vi med hjälp av matematiska modeller, för att försöka förstå hur RNA-polymeraset kan sätta ihop mRNA med en sådan stor precision som har observerats. Initieringen av proteinsyntesen och den upprepade förlängningen av peptidkedjorna studeras med biokemiska metoder. Vi har stort intresse för hur noggrannt tRNA-molekylerna kan läsa av den genetiska koden, hur denna noggrannhet uppstår och hur den försämras eller förbättras genom mutationer, antibiotika-preparat och betingelser i omgivningen.

Vi är också intresserade av hur ribosomens andra processer, som initiering, translokation, terminering och återvinning, kan ske så snabbt och felfritt. För att förstå dessa har hittills krävts att de ribosomala konformationer som är inblandade kan ”frysas”, men de frysta komplexen är inte de autentiska, funktionella komplex som svarar för de kinetiska förlopp som utgör ribosomens funktioner. En väg att lösa detta är genom kryo-EM-spektroskopi, vilket vi använder i studiet av återcyklingskomplex i samarbete med Columbia-universitetet i USA. I ett annat samarbetsprojekt, med universitetet i Hamburg, använder vi en metod för att detektera var på mRNAt som ribosomerna sitter för att studera effekten av ett antibiotikum på translokation och återvinning. Vi använder även matematiska modeller och stokastiska datorsimuleringar för att studera växande bakteriers reglersystem av genuttryck och deras påverkan på tillväxten, samt hur reglersystemen påverkas av antibiotika.