Christian Hedberg Lab

Vi fokuserar på molekylära metoder för att analysera infektionsmekanismer hos intracellulära patogener. Forskningen kan delas in i två spår: ett som handlar om posttranslationella modifieringar hos värd-patogen crosstalk och ett andra, mer tillämpat spå där vi använder vår kunskap för att bekämpa apicomplexa parasiter genom att störa deras metabolism.

Intracellulära patogena bakterier har utvecklat ett antal strategier för att förbättra både deras överlevnad och virulens under infektion av en värd. En sådan taktik är att kemiskt modifiera sina eukaryota värdar med hjälp av toxinproteiner som injiceras via dedikerade translokationsmaskiner, som utsöndringssystem. Väl inne i värd-/bytescellen visar toxiner katalytisk aktivitet mot centrala komponenter i värdcellen, och riktar sig mot funktioner som cytoskelettdynamik, vesikulär trafik och modulerar de olika noderna och nivåerna av cellsignalering. De flesta toxiner använder en reaktiv metabolit från värden som ett samsubstrat. Detta är ofta en nukleotid, som delvis överförs kovalent till målproteinerna, vilket således hämmar protein-protein-interaktioner mellan det modifierade proteinet och andra effektorer. Till exempel överför fosforylerande toxiner y-fosfatet från värdcellens ATP, med ADP som en lämnande grupp, analogt med ett eukaryot kinas. Å andra sidan använder ett adenylerande toxin ATP på ett annat sätt. Här är AMP-delen fäst till en aminosyrarest av ett värdprotein. I själva verket överförs nukleobasmonofosfatet och pyrofosfat fungerar som en lämnande grupp. Detta illustrerar patogenernas geniala natur att använda de tillgängliga nukleotiderna.

För att förstå bakteriell virulens och patogenicitet måste effekten av gifterna beaktas på molekylär nivå. Det är därför nödvändigt att förstå toxiners proteinsubstratprofiler. Även om toxinmål på proteinnivå kan verka olika, är det fenotypiska resultatet förvånansvärt lika – vid toxinexponering är de typiska cellulära svaren att vesikulär transport omdirigeras, cellcykelstopp är utbredd, gentranskription och cytoskelettdynamik försvagas och kemotaxi hämmas. För många toxiner har typiskt ett enstaka eller högst några få målproteiner identifierats och ofta på ett serendipitalt sätt. Den mångsidiga effekten som ett toxin har på värdcellen kan inte förklaras tillräckligt av ett så lågt antal proteinmål och leder till slutsatsen att: Från den givna orkestreringen av fenotyp måste många toxiner ha fler mål än de som för närvarande identifieras. Bristen på kunskap kring detta område kan tillskrivas det faktum att det hittills inte finns några generiska verktyg för den specifika anrikningen för proteomisk utvärdering av den absoluta toxinsubstratprofilen.

För att lösa ovan nämnda problem har vi utvecklat ett koncept som heter Reactive Protein - Proteome Profiling "RP3". Målet är att skapa en robust metod för substratprofilering av bakteriella toxiner mot cellulära målproteiner med användning av kovalenta nukleotid-samsubstrat vilket resulterar i kovalenta ternära komplex. Det finns inga verktyg för proteomisk utvärdering av den absoluta substratprofilen för ett givet toxin. Icke-kovalent affinitetsanrikning ger partiska resultat beroende på reagenset och den relativa målmängden. Vårt RP3-koncept är baserat på kovalent och därefter klyvbar infångning av målproteinerna av toxinets reaktiva samsubstrat. Detta gör att vi – för första gången – kan identifiera bakteriella toxinsubstrat på ett opartiskt sätt.

I ett andra projekt har vi att göra med Cryptosporidium-infektion hos idisslare. Cryptosporidios är en diarrésjukdom hos däggdjur som orsakas av mikroskopiska parasiter av släktet Cryptosporidium, som är protozoer i fylum Apicomplexa. Det finns många arter av Cryptosporidium som infekterar människor, såväl som ett brett utbud av handelsdjur. Cryptosporidium hominis infekterar människor och Cryptosporidium parvum infekterar både handelsdjur och människor. Det påverkar tarmarna hos däggdjur och är vanligtvis en akut kortvarig infektion, som kan bli kronisk hos immunförsvagade djur, och särskilt neonatala idisslare är känsliga för Cryptosporidium parvum-infektioner, vilket resulterar i livslång försämrad djurhälsa. Parasiten skyddas av ett yttre skal som gör att den kan överleva utanför värden under långa perioder och gör den mycket motståndskraftig mot klordesinfektion. Även om parasiten kan överföras på flera olika sätt, är vatten det vanligaste sättet att överföras och Cryptosporidium parvum är en av de vanligaste orsakerna till dricksvattenburna sjukdomar bland människor, såväl som idisslare, över hela världen.

På grund av den minimalt invasiva karaktären hos Cryptosporidium-infektion är medfödda immunsvar avgörande för värdens försvar mot infektion, så om de saknas eller är svaga är konsekvenserna skadliga – vilket är fallet hos nyfödda. Cryptosporidium-parasiter har unik biokemi och specifika metaboliska vägar jämfört med andra Apicomplexa. Många frågetecken kvarstår i linje med utvecklingsstadier och infektionscykel, vilket gör grundläggande undersökningar viktiga. Denna brist på kunskap härrör från frånvaron av allmän transgenes som är lämplig för Cryptosporidium parvum, tills helt nyligen, såväl som en långsiktig cellulär in vitro-förökningsmodell.

Vi utvecklar och undersöker experimentella läkemedelsmolekyler som är inriktade på viktiga metabola vägar i Cryptosporidium, där ingen redundans finns. Detta projekt är ett samarbete mellan Hedberggruppen och Fabrice Laurents laboratorium vid INRAE ​​Tours i Frankrike, vilket gör att vi kan undersöka experimentella terapier i stora djurmodeller (neonatala lamm).