Ny metod för att identifiera funktionella proteinformer och utforska deras associationer med läkemedelskänslighet

Studien undersöker termostabiliteten hos proteiner med hjälp av grafteori för att identifiera fall där fraktioner av ett givet protein smälter annorlunda. I dessa fall kan metoden identifiera att proteinet sannolikt finns i flera fysiska former, så kallade proteinformer. Därför kan man få ett nytt perspektiv på variationer mellan proteiner och deras proteinformer. Metoden tillämpades på cellinjer från akut lymfatisk leukemi (ALL) hos barn för att identifiera specifika proteinformer associerade med sjukdomsbiologi och läkemedelssvar i en större strävan för att hitta förbättrade individanpassade behandlingar för patienterna.

Nytt sätt att identifiera proteinvarianter

Den cellulära miljön inne i cancercellerna avbildas bättre utav proteiner eftersom de utgör den slutliga verkställande pusselbiten och definierar den slutliga fenotypen. Utöver den stora variationen i genetisk information finns det också många fysiska orsaker till variationer hos proteiner, som inkluderar läkemedels- eller molekylbindning, omlokalisering och andra viktiga proteinmodifieringar. Proteinformer som bildas utöver sin genetiska sammansättning kan ha egenskaper som öppnar möjligheten till en bredare utveckling av anpassningsbara proteinfunktioner, och kan till och med vara en bidragande faktor till resistensutveckling i tex cancerceller. Att förstå proteinformer och deras funktioner är därför avgörande för att förstå sjukdomsprocesser, men det är en utmanande uppgift att upptäcka skillnader i proteinformer tekniskt och veta vilka skillnader man ska leta efter. Denna studie introducerar för första gången ett övergripande och objektivt sätt att identifiera många olika nya varianter av proteinformer samtidigt utan att behöva använda andra långsamma och specialiserade metoder.

Forskarna använde en panel av 20 ALL-cellinjer och samlade in masspektrometri baserade termo-stabilitets mätningar. De tillämpade också en metod för att sortera proteinfragmenten och förbättra deras identifiering, vilket möjliggjorde en djup peptidtäckning per protein. De använde en grafteori-baserad analytisk metod för att analysera datat som gjorde det möjligt för dem att sortera proteiner i sina samexisterande proteinformer. De utförde analyser för att profilera vilken typ av biologisk förändring som bidrog till viktiga proteinformer. De undersökte även proteinformernas associering med läkemedelskänslighet från 378 olika cancerläkemedel där de kunde visa att olika proteinformer av ett givet protein korrelerade olika med läkemedelskänslighet.

Viktiga resultat för läkemedelsutveckling och precisionsmedicin

- I den här studien har vi utvecklat en ny metod för att identifiera olika fysiska versioner av proteiner som tidigare inte kunde särskiljas från varandra, och vi gjorde detta baserat på deras termo-stabilitet, säger Rozbeh Jafari, seniorforskare vid institutionen för onkologi-patologi och studiens sisteförfattare.

- Att kunna identifiera dessa skillnader förbättrar tolkningen av sjukdomsbiologi och läkemedelssvar, och ger därför ett kraftfullt och unikt verktyg som kastar nytt ljus över proteinerna och deras proteinformer samt deras roll i ALL och andra cancerformer. Det har viktiga konsekvenser för läkemedelsutveckling och precisionsmedicin och kan i framtiden bana väg för effektivare behandlingar. Vi kommer nu att fortsätta att utforska ytterligare aspekter och fördelar med denna metod i kliniskt relevanta modeller.

Studien finansierades av Barncancerfonden, Vetenskapsrådet, Felix Mindus bidrag till leukemi forskning, Dr. Åke Olssons Stiftelse för hematologisk forskning, Magnus Bergvalls Stiftelse, Cancerföreningen i Stockholm och Konung Gustaf V:s Jubileumsfond.

Publikation

Deep thermal profiling for detection of functional proteoform groups
Nils Kurzawa, Isabelle Rose Leo, Matthias Stahl, Elena Kunold, Isabelle Becher, Anastasia Audrey, Georgios Mermelekas, Wolfgang Huber, André Mateus, Mikhail M. Savitski & Rozbeh Jafari
Nature Chemical Biology 20 March 2023