Magnus Wolf-Watz lab

Proteindynamik är i huvudsak den plasticitet som proteiner uppvisar när de ändrar form för att utföra sin biologiska funktion. Att förstå mekanismerna och energin som styr dynamiken är för närvarande state of the art-forskning inom proteinkemi. I mitt labb forskar vi om proteindynamik i system av varierande komplexitet som spänner från individuella enzymer till komplexa biologiska system och designade proteinswitchar.

Huvudtekniken i labbet är lösningsNMR-spektroskopi som är den mest kraftfulla metoden för att kvantifiera proteindynamik och kan täcka hela intervallet från snabba (ps-ns) till långsamma (sekunder till minuter) händelser. Vi använder hela spektrumet av strukturbiologiska tekniker, däribland röntgenkristallografi, molekylär dynamiksimuleringar och enpartikelkryoEM. I alla projekt utformar vi noggrant funktionella analyser som används för att koppla ihop proteindynamik med biologisk funktion.

Forskningsinriktningar

Strukturell enzymologi

Här fokuserar vi på grundläggande kopplingar mellan dynamik och enzymatisk katalys. Huvudfokus har legat på det metabola enzymet adenylatkinas isolerat från organismer inom alla livsformer. I forskningsprogrammet har vi bidragit genom att identifiera flera nya meninisms såsom magnesiumjonens geometriska roll för fosforylgruppöverföring (DOI: 10.1126/sciadv.ado5504). Inom projektet har vi nu initierat studier av enzymet kokonas som är nyckeln för silkesfjärilens förmåga att fly från sin kokong och även det humana proteinkinaset Aurora B som är kopplat till flera former av cancer hos människor. Viktiga samarbetspartners är Elisabeth Sauer-Eriksson lab vid Umeå universitet och Kwangho Nam vid University of Texas i Arlington, USA.

Infektionsbiologi

Här fokuserar vi på en utvald uppsättning proteiner som är nyckeln för smittsamheten hos bakterien Yersinia pseudotuberculosis genom typ III-sekretionssystemet (T3SS). I ett samarbete med Matthew Francis lab vid Umeå universitet kan vi koppla konformationsdynamik i protein med förmågan hos Yersinia att utsöndra effektorproteiner (Yop’s) genom T3SS-systemet. Vi har tidigare visat att proteindynamik som manifesteras som dissociation av det heterodimera proteinet, YscU, är ett viktigt steg i processen för Yop-sekretion (doi.org/10.1371/journal.pone.0049349).

Design och regisserad evolution

I vår senaste forskningsriktning studerar vi de underliggande mekanismerna som gör att designade proteinomkopplare kan fungera. Forskningen är ett samarbete med Sophia Hober lab på KTH, Sverige. Hober har genom riktad evolution med alternerande positiva och negativa selektionstryck utvecklat proteiner som binder ett målprotein endast i närvaro av kalciumjoner. Vi har nu i samarbete med Hober-labbet visat att en sådan proteinväxel fungerar genom att efterlikna en naturligt utvecklad mekanism. Genom NMR visade vi att en bindningsyta som är störd i frånvaro av kalcium blir ordnad och aktiverad när en kalciumjon koordineras. Mekanismen som beskrivs i JBC (DOI: 10.1016/j.jbc.2024.107795) har betecknats "kopplad vikning och bindning" i utvecklingen av naturliga proteiner. Vi fortsätter nu att söka efter ytterligare grundläggande mekanismer i andra protein-switchar med syftet att definiera allmänna regler i proteindesign.