lu.se

Medicinska fakulteten

Lunds universitet

En blodgåta får sin upplösning

2018-06-04

En blodgåta från 1927. Ett högspecialiserat instrument i masspektrometri som fått namnet ”Trinity” från filmen Matrix. Och en förvånad forskargrupp som firar med ”blodkroppstårta” när ett överraskande protein dyker upp. Ja, det är komponenterna i en helt vanlig, ovanlig forskarvardag på Lunds universitet.

På våningsplanen intill varandra sitter forskargruppen Transfusionsmedicin och Centrum för masspektrometri. De har precis hittat ett saknat protein som ligger bakom en blodgrupp med över 90 år på nacken. Trots att forskarna sitter så nära varandra rent fysiskt, så är samarbetet egentligen det första de gör tillsammans.

dsc 6556utan
Martin L Olsson, Linn Stenfelt och Sven Kjellström

– Till en början var det en liten puckel att ta sig över innan vi inledde samarbetet. Vi hade inte använt centrets service tidigare och visste inte riktigt hur det fungerade. Man förlorar även lite av kontrollen som forskare när man inte själv står för alla processer och det kan göra att man drar sig för att ta kontakt, förklarar Martin L Olsson, professor och forskargruppsledare för Transfusionsmedicin.

Våra blodgrupper utgörs av proteiner eller kolhydratmolekyler som sitter på den röda blodkroppens yta och några utnyttjas som receptorer av bakterier, parasiter och virus för att fästa på eller ta sig in i cellen. På dessa strukturer finns små molekylära skillnader som kallas antigener och det är dessa små ärftliga olikheter som avgör vilken blodgrupp du har. Blodgruppen P1 som upptäcktes 1927, är en blodgrupp som 80 procent av Europas befolkning har. En person med blodgrupp P1 har antigenet P1 och är därmed P1­–positiv. Resterande 20 procent är P1­–negativa och har därför blodgrupp P2.

dsc 6569

– 2011 hittade vi den gen som styr blodgruppen P1, men fram till nyligen har vi alltså inte kunnat hitta det protein som binder till genen och driver den. Och eftersom det finns så många proteiner, känns det ganska tröstlöst när man ska börja leta. Det är ju också anledningen till att ingen annan i världen har hittat proteinet, säger doktorand Linn Stenfelt som jobbat med projektet.

Om man inte förstår mekanismen bakom blodgruppen, kan man inte heller genetiskt bestämma om någon är P1­–positiv eller P1­–negativ. DNA­–blodgruppering kan vara viktigt inför en blodtransfusion för att kunna matcha blodgrupperna mellan givare och patient. Ibland räcker nämligen de traditionella analyserna inte till för att fastställa blodgruppen och då kan genetisk analys komplettera. Om man inte får rätt blod, kan det leda till allt från milda transfusionsreaktioner, eller så kraftiga reaktioner att blodcellerna går sönder och det i värsta fall slutar med att patienten dör.

– Beroende på vilken blodgrupp du har, kan du också vara mer eller mindre mottaglig för vissa sjukdomar. När det gäller personer med blodgruppen P1 och andra likartade kolhydratblodgrupper, så kan vissa typer av E.coli­–bakterier binda lättare till urinvägarnas ytceller, vilket kan leda till blåskatarr eller till och med infektion i njurarna, förklarar Martin L Olsson.

Forskning är som att laga mat

Forskargruppen har gjort flera försökt med att hitta rätt transkriptionsfaktor utan framgång. Och en hypotes som såg bra ut på pappret, visade sig inte stämma när den testades i laboratoriet. Med tiotusentals olika protein att välja på så hade sökandet efter det specifika proteinet blivit en gissningslek utan det stöd som biologisk masspektrometri kan erbjuda.

Därför beslutade de sig att kontakta Center of Excellence in Biological and Medical Mass Spectrometry (CEBMMS), för att höra om det cellextrakt som de tagit fram lämpade sig för masspektrometrisk analys.  Biologisk masspektrometri är ett viktigt verktyg inom experimentell medicinsk forskning både på grundforskningsnivå vid Lunds universitet och för kliniska frågeställningar inom Region Skåne.

– Det är som en högsta nivå av bevis. Det blir lättare att övertyga en tidskriftseditor angående fynden om man har bevis från masspektrometri. Och det finns ett behov inom livsvetenskaperna att göra den här tekniken och kompetensen tillgänglig för alla, säger Sven Kjellström, analytisk kemist och specialist på masspektrometri vid centret.

Instrumenten kostar allt mellan fem till åtta miljoner kronor och har fått namn som ”Tintin”, ”Agent Smith” och ”Trinity” – för att forskarna lättare ska kunna skilja dem åt. Utvecklingen går oerhört snabbt inom området och förutsättningarna förändras med svindlande hastighet. Nya instrument och tekniker utvecklas parallellt och det kanske hittills viktigaste resultatet av Biologisk masspektrometri är att instrumenten har gjort sitt intåg inom mikrobiologisk diagnostik:

– För några år sedan så fick man ta ett prov och odla några dagar för att se vad patienten led av. Det tog lång tid och hade man otur så kom diagnosen för sent. Nu kan man efter odling få bättre diagnos på kortare tid genom masspektrometri och det har förbättrat den kliniska infektionsdiagnostiken, säger Sven Kjellström

Vilken bilmodell?

För att komma fram till vilket protein som binder till genen för P1 mäter man massan hos delar av proteinet efter att ha klippt sönder det med ett speciellt enzym. Massbestämningar av proteinets delar jämförs sedan med en databas. Med denna typ av analys kan man med stor säkerhet identifiera vilka protein som finns i provet.

– Tänk dig att du har en bil och så delar man in den i mindre delar, dörrar, hjul etc. Därefter mäter instrumentet först vikten av varje enskild del och omedelbart efter det fragmenteras delen in till minsta beståndsdel och de individuella massorna av dessa mäts också. På så sätt kan man med mycket stor noggrannhet bestämma vilket bilmärke och vilken bilmodell man har att göra med, förklarar Sven Kjellström.

Utan biologisk masspektrometri så hade den här typen av forskning blivit något av en gissningslek. Och forskarna hade aldrig misstänkt just det här proteinet och blev därför mycket överraskade över svaret. Proteinet som är en transkriptionsfaktor som kallas Runx1, tillhör nämligen inte de faktorer som är mest kända i röda blodkroppsammanhang.

–  Det var ett avgörande ögonblick i projektet när Sven skickade svaret från den masspektrometriska analysen. Efter att ha vaskat fram resultatet från de långa listorna, blev vi väldigt förvånade när vi såg vad det var för ett protein. Vi kunde sedan visa att proteinet binder jättebra till genen och aktiverar den när det är en person som är P1­–positiv, och tvärtom ­– inte binder för den som är P1­–negativ. Och vips, så hade vi fått fram en mekanism för hur det fungerar, säger Linn Stenfelt.

När gruppen väl fått veta vilket protein de skulle leta efter, kunde Linn Stenfelt göra om experimenten i laboratoriet och bekräfta det som de fått reda på genom masspektrometrin.

p1 p2 cake 180515

– I vår forskargrupp har vi jobbat med P1­–gåtan i många år. Det är flera små steg i forskningen som leder fram till genombrottet men det är fantastiskt roligt när det händer. Den här gången firade vi med tårta formad som en röd blodkropp, säger Martin L Olsson.

Samarbetet har fortsatt mellan forskargruppen och Centrum för masspektrometri och de har redan ett nytt projekt för att försöka lösa ännu en spännande blodgåta.

– Samarbetet fungerar jättebra och vi har redan nya spännande resultat på gång, avslutar Marin L Olsson.

Vetenskaplig publikation

"Allele-selective RUNX1 binding regulates P1 blood group status by transcriptional control of A4GALT"
Julia S. Westman, Linn Stenfelt, Karina Vidovic, Mattias Möller, Åsa Hellberg, Sven Kjellström and Martin L. Olsson
Blood. 2018 Apr 5;131(14):1611-1616. doi: 10.1182/blood-2017-08-803080.

Text och foto: Åsa Hansdotter