Spatial proteome mapping of specialized subcellular structures in human cells
Tid: Fr 2026-02-06 kl 13.00
Plats: D2, Lindstedtsvägen 5, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/66460872948
Språk: Engelska
Ämnesområde: Bioteknologi
Respondent: Emmie Pohjanen , Cellulär och klinisk proteomik, Science for Life Laboratory, SciLifeLab
Opponent: Docent Arne Lindqvist, Department of Cell and Molecular Biology, Karolinska Institutet, Stockholm, Sweden
Handledare: Professor Emma Käller Lundberg, Science for Life Laboratory, SciLifeLab, Cellulär och klinisk proteomik, Department of Bioengineering, Stanford University, Stanford, USA; Doktor Ulrika Axelsson, Cellulär och klinisk proteomik, Science for Life Laboratory, SciLifeLab
QC 2026-01-12
Abstract
Proteiner utgör det huvudsakliga maskineriet i cellen. Deras funktioner är lika varierande som de unika aminosyrasekvenser som utgör proteinerna. Från enzymer som katalyserar biokemiska reaktioner, till motorproteiner som transporterar cellulärt gods, de ansvarar för praktiskt taget alla processer som krävs för att cellen ska vara funktionsduglig. Proteiners funktion utgörs till stor del av deras subcellulära lokalisering. Detta eftersom den subcellulära uppdelningen av olika utrymmen möjliggör varierande miljöer lämpade för olika biokemiska reaktioner. I en bredare kontext kan kunskap om proteiners lokalisering och funktion ge oss en bättre bild av hur cellen fungerar, både vid hälsa och sjukdom då funktionsrubbningar och fellokaliseringar av proteiner är drivande faktorer i flertalet sjukdomsförlopp.
Denna avhandling har genomförts inom ramen av Human Protein Atlas (HPA), främst inom den subcellulära resursen. I Artikel I, undersökte vi autoantikroppsprofiler i patienter med systemisk skleros med syftet att identifiera nya kandidater till biomarkörer kopplade till fibros. Vi använde oss av två olika analysmetoder: en baserad på 42 000 antigen från HPA fixerade på en plan yta för en icke-riktad analys, följt av antigen fixerade på magnetiska mikrosfärer för en riktad analys. Vi identifierade 11 autoantikroppar som hade högre prevalens bland patienter med systemisk skleros jämfört med kontroller. Två av dessa visade hög potential att användas som biomarkörer för patienter med systemisk skleros som är påverkade av bindvävsförtjockning i huden samt lungfibros.
I Artikel II, utnyttjade vi det enorma bildbiblioteket genererat av den subcellulära resursen av HPA för att kartlägga proteomet i mikrokärnor. Vi identifierade totalt 944 proteiner i mikrokärnor. Dessa proteiner domineras av proteiner som är involverade i processer relaterade till kärnan samt kromatin. Resultaten av denna studie expanderar vår bild av mikrokärnor från en biprodukt av bristfälligheter vid celldelning, till potentiella aktiva aktörer i cellulära processer.
I Artikel III, tillämpade vi antikroppsbaserad spatiell proteomik kombinerat med konfokalmikroskopi i 3D för att kartlägga proteiner i primära cilier samt tre relaterade substrukturer. Vi identifierade totalt 715 proteiner. Av dessa hade 91 proteiner inte identifierats i cilier i någon art, vilket utvidgar vår kunskap om primära cilier, dess proteom samt funktion. Resultaten av denna studie framställer primära cilier som sensorer som kan finjustera sitt proteom för att effektivt känna av sin omgivning för att beräkna en cellulär respons.
Slutligen, i Artikel IV, kartlade vi en andel av proteomet i mänskliga spermier till 11 olika substrukturer. Detta är den första bildbaserade kartläggningen av proteinlokalisering i spermier. Av de 652 identifierade proteinerna visade 54% variation i lokalisering eller uttryck mellan individuella spermier från en donator, vilket väcker frågan om delpopulationer av spermier.
Sammanfattningsvis, denna avhandling utvidgar vår kunskap om proteinlokalisering i specialiserade subcellulära strukturer och tillhandahåller en resurs för fortsatta studier på sjukdomsmekanismer för sjukdomar som autoimmunitet, cancer, ciliopatier samt manlig infertilitet.