Doktoritöös tuvastati, et valgudomeen BRICHOS aitab võidelda organismis tekkivate kahjulike valguagregaatide vastu
Loodus- ja terviseteaduste instituudi doktorant Helen Poska kaitses doktoritööd „Molekulaarse šaperoni aktiivsus valgu agregatsioonis in vitro ja in vivo“ ("In vitro and in vivo studies of molecular chaperone activity against fibrillar and non-fibrillar protein aggregation").
Erinevad valestivoltunud valkude kogumikud võivad meie organismis kuhjuda ja olla seetõttu paljude haiguste põhjustajateks. Üheks selliseks haiguseks on näiteks Alzheimeri tõbi, mille vastu seni ravi puudub ja mida iseloomustab amüloid-β (Aβ) peptiidi toksiline agregatsioon ja lõplik kuhjumine amüloidsete naastudena inimese ajukoes. Õnneks on organismil ka endal kaitsearmee šaperonide näol võitlemaks selliste ebasoodsate ja kahjulike valguliste kogumike moodustumise vastu. Molekulaarsetel šaperonidel ehk tugivalkudel on oluline roll valkude homöostaasi tagamisel – nad aitavad oma sihtmärkvalkudel saavutada neile omast funktsionaalset struktuuri, abistavad valke transpordil ja takistavad neil moodustamast agregaate ning lisaks osalevad ka väärvoltunud valkude eemaldamisel ja lagundamisel.
Doktoritöö käigus uuriti peamiselt BRICHOS domeeni (täpsemalt siis proSP-C, Bri2 ja Bri3 BRICHOS domeeni), kuid lisaks ka vähemuuritud peptiidi Tioredoksiin 80 (Trx80), rolli teiste valkude agregatisoonis ja nende aktsiivsust molekulaarsete šaperonidena. BRICHOS on siis ligi 100st aminohappejäägist koosnev valgudomeen, mis esialgu määratleti selliste valkude nagu Bri2, kondromoduliin-1 ja kopsu pindaktiivse eelvalgu C (proSP-C) järjestuses. Nende nimedest on saanud domeen ka endale nimetuse.
Varasemast on teada, et rekombinantne Bri2 BRICHOS peptiid on võimeline pidurdama ka Aβ fibrillatsiooni in vitro (ehk siis nn laboritingimustes katseklaasis) ja seda efektiivsemalt kui on täheldatud proSP-C BRICHOS puhul. Siiski in vivo funktsiooni ehk seda, kuidas toimib näiteks Bri2 BRICHOS domeen organismis pole väga lähemalt uuritud. Käesoleva töö täpsemaks eesmärgiks oli välja selgitada, kuidas nimetatud šaperonid mõjutavad Aβ fibrillaarset ja ka üldisemalt teiste valkude levinud nn amorfset tüüpi agregatsiooni. Lisaks sooviti teada saada, kas nende võimalike šaperonide abil saab ära hoida ka valkude väärvoltumisest põhjustatud toksilisust organismis – siinpuhul keskenduti Aβ42 peptiidile.
Doktoritöös kasutati harilikku äädikakärbest ehk puuviljakärbest (Drosophila melanogaster – ladina keeles) uurimaks, millist mõju avaldab hiljuti kirjeldatud šaperondomeeni BRICHOS ja vähem uuritud peptiidi Trx80 Aβ-st põhjustatud toksilisusele. „Leidsin, et nii BRICHOS domeeni kui ka Trx80 üleekspressioon äädikakärbses vähendab Aβ42 ladestumist ja parandab märgatavalt Aβ42 toksilisusest tingitud muutusi. Mõlemal juhul võis täheldada kärbeste paranenud eluiga ja suurenenud võimekust ronimistestis. Lisaks nägime suureks üllatuseks, et Bri2 BRICHOS põhjustas võrreldes teiste uuritud peptiididega (Trx80 ja proSP-C BRICHOS) Aβ42 akumulatsiooni kärbse aju seenkeha (piirkond putukate ajus, mis on seotud lõhnataju, mälu ning õppimisvõimega) neuronites. See oli selge indikatsioon sellele, et kõik BRICHOS domeenid (kuigi omavad sarnast struktuuri) ei ole šaperonidena võrdsed ja võivad organismis töötada erineval moel,“ selgitas Poska.
Üheks olulisemaks avastuseks töös võib pidada seda, et erinevalt varasemalt arvatule leiti, et BRICHOS domeeni mõju on laialdasem. Leiti, et Bri2 ja ka Bri3, kuid mitte proSP-C BRICHOS, seostuvad ka denatureeritud amorfselt agregeeruvate valkude vaheproduktidega ja seega vältida ka lõplikku agregeerumist. Vahemärkusena võib lisada, et Bri3 BRICHOS domeeni ei oldud varem nii laialdaselt üldse uuritud. Eelnimetatud tähelepanek tähendab seda, et teatud BRICHOS domeenid on potentsiaalselt laiahaardelisemad šaperonid ja võimelised pidurdama nii spetsiifiliselt amüloidisarnaselt kui amorfselt agregeeruvate valkudele agregeerumist ja kuhjumist. Seetõttu püüti leida töös ka seletust sellele, millest on tingitud need BRICHOS domeenide funktsionaalsed erinevused.
Uute šaperonide leidmine ja nende mehhanismide uurimine on oluline. Organismis olemasolevate abistajate armee võimekuse suurendamine võib potentsiaalselt olla üks võimalikest moodustest mõjutada erinevate valkude agregatsioonist tingitud haiguste kulgu ja miks mitte tulevikus olla ka võimalikuks ravimi kandidaadiks haigustele, millel ravimid seni puuduvad.
2. veebruaril 2021. aastal algusega kell 11.00 kaitseb Tallinna Ülikooli loodus- ja terviseteaduste instituudi doktorant Helen Poska doktoritööd "In vitro and in vivo studies of molecular chaperone activity against fibrillar and non-fibrillar protein aggregation" („Molekulaarse šaperoni aktiivsus valgu agregatsioonis in vitro ja in vivo“). Avalik kaitsmine toimub Tallinna Ülikooli saalis M648. Laiem auditoorium saab kaitsmist kuulata ning kraaditaotlejale küsimusi esitada Zoomi keskkonnas.
Doktoritöö juhendajad on Karolinska Instituudi professor Jan Johansson ja Karolinska Instituudi teadur Jenny Presto. Oponendid on Linköpingi Ülikooli vanemlektor Sofie Nyström ja Tallinna Tehnikaülikooli professor Peep Palumaa.
Doktoritöö on kättesaadav TLÜ Akadeemilise Raamatukogu keskkonnas ETERA.