Forskare får internationellt pris för förståelse av transport av joner genom cellmembran

Kristallografi är en nyckelmetod för att bestämma molekylära strukturer i fysik, kemi och biologi. Dessa strukturer ger oss möjlighet att förstå egenskaper av material och kemikalier men också funktioner av biologiska molekyler, som proteiner och DNA.

Pär Nordlund, ordförande i priskommittén, säger:

- Pristagarna har tagit fram ny teknik för att kristallisera och strukturbestämma membranproteiner i sin naturliga omgivning. Det stora genombrottet är att studien har gjort att vi förstår mekanismen i transporten av joner genom cellmembran, att förstå intermediära tillstånd i detta mycket komplexa system.

Att använda strukturell information av detta slag spelar en väldigt viktig roll i modern läkemedelsutveckling.


Paul Nissen, född 1967 (48 år), doktorerade vid Aarhus Universitet 1997, och hade därefter en postdoktoral period vid Yale University. År 2000 återvände han till Aarhus universitet, där han nu är professor i proteinbiokemi, samt chef för de danska forskningsinstituten Translational Neuroscience och Pumpkin Centre.

Chikashi Toyoshima, född 1954 (61 år), avlade en DSC-examen 1983 vid University of Tokyo, Japan. Efter en postdoktoral period vid Stanford University och University of Cambridge, återvände han 1989 till Japan och är nu professor i proteinbiokemi och chef för Center for Bioinformatics vid University of Tokyo. 

Professorer Chikashi Toyoshima och Poul Nissen har bestämt kristallstrukturerna av flera nyckelmedlemmar i P-typ ATPas-familjen och dessutom etablerat strukturer av flera essentiella intermediärer i deras jontransportmekanism. Denna information har möjliggjort en detaljerad beskrivning av de molekylära mekanismerna för dessa viktiga jontransportörer.

P-typ ATPaser utgör en stor familj av jonpumpar som finns i alla livets domäner, från bakterier till människa. De katalyserar kemiskt driven translokering av ett flertal katjoner över biologiska membran som till exempel Ca2+, K+, Na+och H+samt flera övergångsmetaller. P-typ ATPaser etablerar koncentrationsgradienter av joner över cellmembran vilka är drivkraften för många biologiska processer och dessutom spelar en viktig roller i cellsignalering och reglering.

P-typ ATPaser är stora multidomänproteiner vilka är integrerade i cellers membran. Under jontransportcykeln genomgår de stora konformationsändringar och är därför speciellt utmanande för kristallografiskt arbete. Toyoshima löste den första kristallstrukturen av ett P-typ ATPas år 2000, strukturen av Ca2+-ATPaset SERCA. För att lyckas med detta utvecklade han nya kristallisationstekniker som möjliggjorde bildandet av tredimensionell proteinkristall i en fosfolipidmiljö. Han bestämde därefter strukturer av flera intermediära tillstånd i transportcykeln för SERCA Ca2+-ATPas. Detta arbete var basen för den initiala beskrivningen av den strukturella mekanismen för P-typ ATPasers jontransport. Nissen har även studerat intermediära tillstånd i transportcykeln för SERCA och dessutom bestäms strukturer av P-typ ATPaser av andra familjer så som Na+/K+-, H+-ATPaser och nyligen också koppar- och zink-P1B-typ ATPaser. Han har också bidragit med nya strategier för att fånga och kristalliserande intermediära i transportcykeln för dessa P-typ ATPaser. De oberoende och till stor del komplementära arbetena av dessa två forskare har lett till fascinerande insikter i hur dessa molekylära maskiner fungerar; den strukturella grunden för de dramatiska strukturella konfirmationsförändringar som observeras mellan olika intermediära tillstånd i jontransport cykeln; den precisa moduleringen av bindning och frisättning av jonerna; etableringen av selektivitet för specifika joner; den dynamiska genereringen av ingångs- och utgångskanaler för joner; samt den molekylära grunden för hur kemisk energi från ATP används för att driva strukturomvandlingar.

Kontakt:

Sakkunnig: Pär Nordlund, professor i biofysik, par.nordlund@ki.se  +46 070 433 66 88.

Presskontakt:
Hans Reuterskiöld, pressansvarig, Kungl. Vetenskapsakademien, 08-673 95 44, 070-673 96 50, hans.reuterskiold@kva.se

Kungl. Vetenskapsakademien, stiftad år 1739, är en oberoende organisation som har till uppgift att främja vetenskaperna och stärka deras
inflytande i samhället. Akademien tar särskilt ansvar för naturvetenskap och matematik, men strävar efter att öka utbytet mellan olika discipliner