Novo Nordisk Fonden satser på proteinforskning ved Biologisk Institut

Proteinforskning gør banebrydende fremskridt i disse år, hvor ny viden, teori og eksperimentelle teknikker leder til helt nye forståelser for, hvordan proteiner virker. Disse fremskridt hjælper med at forklare, hvorfor mennesker kan blive syge, når proteinerne holder op med at virke, - for eksempel fordi de er ustabile, klumper sig sammen eller mister evnen til at finde de rette partnere i cellen. Det giver uanede muligheder for at gøre naturvidenskabelige og biomedicinske fremskridt.

Novo Nordisk Fondens uddeling af de to Challenge bevillinger til professorerne på Biologisk Institut viser, at fokus er ved at rette sig mod det enorme potentiale, der er i at forstå proteiner – i alle deres former. (Se pressemeddelelse fra Novo Nordisk Fonden)

Styrket proteinforskning inden- og udenfor universitetet
Bevillingsmodtagerne professor Kresten Lindorff-Larsen og professor Birthe B. Kragelund arbejder til dagligt i ’Linderstrøm-Lang Centret for Proteinvidenskab’ på Biologisk Institut. De startede begge deres forskningskarriere ved det legendariske Carlsberg Laboratorium, så de er vant til at arbejde sammen, selvom de arbejder inden for hvert sit proteinkemiske område. De er i Linderstrøm-Lang Centret omgivet af kollegaer med stærk ekspertise, der dækker et bredt område af proteinforskningen i Danmark, og dette forskningsmiljø har spillet en essentiel rolle i udviklingen af deres nuværende forskning.

Begge forskere er klar over, at for at knække proteinernes kode og afdække de nye muligheder, skal der tænkes stort. De har derfor også etableret internationale samarbejder med førende forskere indenfor forskellige grene af naturvidenskaben - biologi, kemi, fysik, kunstig intelligens, bioinformatik, matematik. Udfordringen med at afkode proteinerne er så stor, at alle midler skal tages i brug.  

PRISM – et center med fokus på forståelse og forudsigelse af arvelige sygdomme
Kresten Lindorff-Larsen har modtaget Challenge bevillingen på 60 mDKK for sit projekt ’PRISM – Protein Interactions and Stability in Medicine and Genomics’. PRISM bliver navnet på centret, der har til formål at forstå og i sidste ende forudsige, hvordan ændringer i DNA kan forårsage sygdom. Fokus bliver især på, hvad der sker, når mutationer forårsager ændringer i cellens proteiner og dermed gør dem ustabile eller ude af stand til at binde til deres rigtige partnerproteiner. Mens de seneste års landvindinger indenfor DNA sekventering og analyser har ledt til en eksplosiv vækst i mængden af data, er der stadig kun en meget sparsom forståelse af konsekvenserne af de mange forskelle i menneskets individuelle genomer. Målet med PRISM er at belyse de processer, der foregår i cellen, når den forsøger at lave et ustabilt protein. En bedre forståelse af disse processer vil give bedre muligheder for at bruge genomanalyser til diagnosticering af patienter og i sidste ende også bedre behandlingsmetoder.

• ’Jeg glæder mig enormt over, at vi er blevet tildelt en bevilling fra Novo Nordisk Fondens Challenge Program. Det nye projekt tager udgangspunkt i vores tidligere grundforskning indenfor proteinkemi og cellebiologi, som nu pludseligt viser sig at kunne have stor praktisk relevans’, siger Kresten Lindorff-Larsen og fortsætter ’Konkret sikrer bevillingen os, at vi kan etablere helt nye high-throughputmetoder til at studere tusindvis af protein-varianter på én gang og kombinere resultaterne med beregningsmodeller for protein-biofysik og cellebiologi. Vi vil bruge resultaterne til at fortolke, hvordan de tusinder af ændringer i genomet, som hvert menneske bærer, påvirker deres risiko for at få forskellige arvelige sygdommer. Samtidigt med dette meget praktiske mål håber vi at få en langt bedre forståelse for de helt basale processer cellen har udviklet til at opdage og nedbryde fejlfoldede proteiner, og at man på sigt kan bruge denne information til at udvikle nye typer af lægemidler’, afslutter Kresten Lindorff-Larsen. 

I PRISM indgår samarbejdspartnerne Rasmus Hartmann-Petersen, Amelie Stein (Københavns Universitet), Torben Hansen (Københavns Universitet og Steno Diabetes Center), Douglas M. Fowler (University of Washington) og Michele Vendruscolo (University of Cambridge).

REPIN – et center med fokus på ufoldede proteiner
Birthe B. Kragelund har modtaget Challenge bevillingen til sit projekt ’REPIN – Rethinking Protein Interactions’. Centret har til formål at kaste lys over en helt ny gren af proteinkemien, der omhandler funktionelle proteiner uden nogen fast form. Disse proteiner rokker ved det virkelighedsbillede, der er blevet undervist i i årtier i biologi og kemitimerne – at form og funktion hænger sammen - og det er stadig den almene opfattelse af livets grundbestanddele.

For få år siden blev en helt anden virkelighed imidlertid synlig for forskere i proteinlaboratorier verden over. Den orden, de plejede at studere proteinerne i, blev pludselig vendt til kaos. Det viste sig nemlig, at 30-40% af alle de proteiner, der dannes i cellerne, ikke formes i de velkendte tredimensionelle strukturer. Faktisk er de yderst dynamiske og antager mange forskellige former. Men de har alligevel en funktion!

Forskerne er begyndt at vænne sig til den nye virkelighed, men de fleste af os er stadig helt uforstående overfor, hvad dette paradigmeskifte har af betydning for vores forståelse af kroppen og udvikling af sygdomme.

REPIN centret fokuserer på disse proteiner. De ufoldede, uordnede proteiner som man for under 20 år siden slet ikke kendte til. Men disse ’Intrinsically Disordered Proteins (IDPer)’ udfordrer nu det aktuelle syn på biomolekylær kommunikation.  En vigtig nøgle til at låse IDP'ernes gådefulde karakter op, er udviklingen af ​​passende eksperimentelle metoder, mekanistiske modeller og en sammenhængende konceptuel ramme.

• ´I REPIN centret genovervejer vi proteininteraktioner med det formål at udvide det nuværende paradigme til at kunne håndtere og studere og evaluere molekylær kommunikation, også i tilfælde af strukturel uorden. Vi løfter denne udfordring i en vidtrækkende tværfaglig indsats kombineret med et særskilt udvalg af specialiserede eksperimentelle teknikker, passende molekylære systemer og nøgleekspertise. Det vil række helt fra det enkelte atom over det enkelte molekyle til studier i biologien selv, i den levende celle. Jeg er stolt og rørt over, at Novo Nordisk Fonden honorerer så nyt et forskningsfelt, og jeg glæder mig usigeligt til at udfolde dets potentiale,’ siger Birthe B. Kragelund.

Medansøgere i REPIN er professorerne Karen Skriver og Rasmus Hartmann-Petersen (Københavns Universitet) og professor Benjamin Schuler (Zürich Universitet). Professor Lise Arleth (Københavns Universitet) og Robert Best, NIH, USA udgør nøglesamarbejdspartnere.

Professor Birthe B. Kragelund modtager derudover et af Novo Nordisk Fondens ’Research Infrastructure’ programmer på 23 mDKK sammen med sektionsleder, lektor Kaare Teilum og professor Kresten Lindorff-Larsen fra Biologisk Institut til projektet ’The Copenhagen Center for Open NMR Spectroscopy – cOpenNMR’. Bevillingen sikrer en optimering af NMR faciliteten på Biologisk Institut og kan understøtte proteinforskning indenfor og udenfor instituttet. cOpenNMR vil komplementere røntgenkrystallografi, cryo-EM og småvinkelspredning med røntgenstråler og neutroner. Med beliggenheden i hjertet af København-Lunds strukturbiologiske ’kraftcenter’ vil den sammen med ESS og MAX-IV faciliteterne udgøre en komplet strukturbiologisk instrumentpakke til rådighed for Københavns proteinforskere.

Kresten Lindorff-Larsen er også samarbejdspartner i en bevilling på 6.6 mDKK fra Novo Nordisk Fondens ’Research Infrastructure’ program til’ROBUST: Resource fOr BiomolecUlar SimulaTions, hvor professor Birgit Schiøtt, Aarhus Universitet er hovedansøger. Disse midler vil blive benyttet til at etablere en computerinfrastruktur til at simulere komplekse biomolekyler.