Peptider - kemisk biologi
Beskrivning
Vår forskning bedrivs i gränssnittet mellan kemi och biologi. Vårt ultimata mål är att förstå och utforska naturens kemi och naturliga processer som kan vara användbara för läkemedelsupptäckt. Vi undersöker i synnerhet de grundläggande delarna av peptider med möjliga farmaceutiska och medicinska tillämpningar.
Peptider och proteiner produceras i alla levande organismer för att uppfylla viktiga biologiska funktioner. Därför skulle man kunna tro att de skulle utgöra en av de vanligaste typerna av läkemedelsämnen. Användningen av peptider och proteiner hindras emellertid på grund av deras brist på stabilitet.
Vi har funnit att vissa växter producerar en cocktail av mycket ovanliga polypeptider som cykliseras huvud-mot-svans via amidbindningar. Dessa cykliska polypeptider, kända som cyklotider (cyklo-peptider), är cirka 30 aminosyrarester långa och uppvisar en exceptionell kemisk och biologisk stabilitet. Detta förklaras delvis av deras cykliska ryggraden, men dessutom innehåller de sex konserverade cysteinrester som är involverade i tre disulfidbindningar. Tillsammans begränsar dessa funktioner det så kallade cykliska cystinknötmotivet (CCK), som visas i figuren nedan.
Viola odorata, a cyclotide
expressing plant
Cyklotidernas centrala kärna består av tre disulfider, markerade i gult och representerade i "stick and ball" -läge i figuren nedan. Disulfidbindningen till vänster och höger och deras anslutande ryggrad (markerad med grått) bildar en ring genom vilken den tredje disulfidbindningen är gängad. Detta är cystinknuten, som tillsammans med den cykliska ryggraden definierar det cykliska cystinknötmotivet.
Den cykliska cystinknuten gör cyklotider mycket lämpliga för proteintekniska tillämpningar.
Biologiskt aktiva peptidsekvenser kan framgångsrikt sättas in i det stabila cyklotidställningen. Infödda cyklotider visar också en mängd biologiska aktiviteter, såsom sammandragning av livmodern (varför den första cyklotid kalata B1 upptäcktes), och anti-HIV och insekticid aktivitet.
Vi har nyligen visat att de också har kraftiga cytotoxiska och antibakteriella effekter, som för närvarande följs upp av strukturaktivitetsstudier och studier av cyklotideffekt på artificiella cellmembran i form av liposomer.
För mer information, inklusive möjligheterna att göra studentprojekt i vår grupp. Du kan hitta mer information om cyklotider i synnerhet i Cybase, en databas avsedd för cykliska proteiner och cystinknutna peptider i allmänhet i The Knottin-databasen.
Vår forskning stöds av Vetenskapsrådet och Forskningsrådet FORMAS.
Forskningsprojekt
Bihonungspeptider
Honeybees är källan till många produkter som har använts inom traditionell medicin sedan antikens tider. Dessa produkter har olika biologiska aktiviteter, och många av dem är cytotoxiska. I detta projekt fokuserar vi på isolering och identifiering av låg-abundanta bioaktiva peptider.
ISOLATION OCH IDENTIFIERING AV SEKUNDÄRA METABOLITER FRÅN MIKROORGANISMER Multiresistenta bakterier som MRSA (meticillinresistenta Staphylococcus aureus) och ESBL (utökad spektrumbeta-laktamas) Escherichia coli hotar att orsaka nya epidemier. Vår forskargrupp kombinerar farmakognosi med mikrobiologi och fokuserar på prover från extrema mikromiljöer. Vi isolerar och identifierar mikroorganismerna och odlar dem i laborativ miljö. Sedan observerar vi hur de överlever MRSA, ESBL och andra multiresistenta bakterier och jäst. Mikrobiologidelen inkluderar makro- och mikroskopisk identifiering av mikroorganismer och antibiotikautvärdering. Den kemiska processen för strukturlösning av sekundära metaboliter inkluderar fasta fas extraktion (SPE), tunn skiktskromatografi (TLC), högpresterande vätskekromatografi (HPLC), masspektrometri (Q-Tof och jontrapp MS) och kärnmagnetisk resonansspektroskopi (NMR).
BIOINGENIÖR AV CYKLOTIDRAMVERKET
Syftet med detta projekt är att utnyttja det cykliska cystinknotmotivet hos cyklotider som ett ramverk för läkemedelsdesign. Detta inkluderar att införa nya bioaktiviteter i det stabila ramverket och att använda cyklotider som fordon för läkemedelstransport. Dessutom utformar vi också stabila cykliska peptider med antibakteriell aktivitet som uppfyller låg cytotoxicitet och resistanskänslighet, som alternativ till konventionella antibiotika. Fast faspeptidsyntes, protein-NMR och masspektrometri är de tekniker som mest används i vår forskning.
SCREENING AV CYKLOTIDER MED SELEKTIV AKTIVITET
Målet är att testa det terapeutiska potentialen hos extraherade/kemiskt syntetiserade cyklotider som anticancer- och antimikrobiella föreningar. Hittills har en rad olika cyklotider testats för deras cytotoxiska aktivitet, och vi har bedömt aktiviteten hos cyklotidvarianter in vitro, och syftar till att undersöka struktur-aktivitetsförhållanden med hjälp av cytotoxicitet som en modellaktivitet.
GENOMISK ORGANISATION AV CYKLOTIDER
Cyklotider har hittats inom 29 arter av växter, och varje växt har vanligtvis en arsenal av många varianter som skiljer sig endast i några få rester. För närvarande finns det inga genomiska data tillgängliga, vilket innebär att deras genorganisation, expressionsfaktorer och evolution är okända. För att underlätta sökandet efter nya cyklotider, öka produktionsutbytet och förståelsen för posttranskriptionella modifieringsmekanismer, inklusive möjlig rekombination, är denna information av bred intresse för fältet.
BIOAKTIVA FÖRENINGAR FRÅN EGYPTISKA MEDICINALVÄXTER
Växter har alltid varit en rik källa till ledande föreningar, varav många är användbara läkemedel i sig själva och andra som har varit grunden för syntetiska läkemedel. Detta projekt syftar till att upptäcka nya anticancermedel från Egyptens medicinska växter. En serie växter har samlats in, identifierats och screenats mot humana cancer-celler. De flesta av dessa växter härstammar från traditionell användning av beduiner i Sinai. På fotot ovan samlar professor Hesham El-Seedi och doktor Ahmed växter i bergen nära St Catherine.
BIOAKTIVA FÖRENINGAR FRÅN SRI LANKA
Internationellt samarbete mellan University of Colombo (PI: Dr. Chamari Hettiarachchi, och i samarbete med Prof. E. Dilip de Silva) och Uppsala universitet (PI: Dr. Sunithi Gunasekera) stöttas av det svenska forskningsrådets stipendieschema 'Swedish Research Links' (2014-2016). Målet är att karaktärisera de bioaktiva beståndsdelarna i det traditionella ayurvediska medicinska systemet i Sri Lanka.