Nya rön om hur celler blir självständiga och reglerar funktioner

Jacob Lewerentz, Institutionen för molekylärbiologi vid Umeå universitet, bidrar i sin avhandling med ny kunskap om hur celler reglerar sin proteinmängd och anpassar sig till en ny miljö utanför sin organism. Han har även studerat hur proteinmängd regleras hos celler i en organism och utvecklat datorprogram för nya sekvenseringstekniker som genererar långa DNA-avläsningar.

– Ökad kunskap om cellers utveckling är intressant både ur ett grundforskningsperspektiv och ett cancerperspektiv, till exempel för att kunna identifiera cancerogena celler i ett tidigt stadie för behandling eller för att utveckla läkemedel som exempelvis skulle kunna verka mot cancerogena “omlagringsmekanismer,” säger Jacob Lewerentz.

Celler som har isolerats från sin värdorganism används ofta inom forskning. Ett snarlikt exempel på isolerade celler är cancerceller, som börjat leva självständigt i människan. Isolerade celler får en förändrad funktion som orsakas av omlagringar i deras genetiska arvsmassa.

– Det är tidigare känt att omlagringarna resulterar i en ökning av vissa gener, men hur sådana ökningar sker har varit okänt, säger Jacob Lewerentz. Vi kan visa att ökningarna primärt sker genom lokal duplicering av arvsmassan – ungefär som dubbelskrivna ord i en text.

Strukturen på de duplicerade sekvenserna identifierades tack vare nya sekvenseringsteknologier som möjliggör avläsning av långa fragment av arvsmassan. Med de långa avläsningarna kunde Jacob Lewerentz även formulera en hypotes om de ”omlagringsmekanismer” som fått cellernas arvsmassa att förändras.

– De nya sekvenseringsteknologier som kom för några år sedan har revolutionerat fältet, säger han. Nu kan man titta på mer komplexa saker än tidigare. Däremot behöver man ofta programmera sina egna algoritmer för att utföra analyserna, vilket stänger ute många forskare från att nyttja teknologin.

I sin avhandling har han utvecklat ett datorprogram som tillåter vem som helst att leta omlagringar i data som tagits fram med de nya sekvenseringsteknologierna. Med detta program kan en användare utföra riktade analyser snabbt, samt utföra explorativ utforskning.

– Programmet är användbart för de som inte kan programmera eller behöver göra snabba analyser, till exempel många forskare och inom sjukvården. Men det är också användbart för forskare som behöver visualisera komplexa omlagringar, till exempel i cancerceller.

Temat för avhandlingen har varit hur celler i olika miljöer reglerar sin proteinmängd, som i sin tur bestämmer cellens funktion. I en organismmiljö regleras proteinmängden framförallt via system som styr avläsningen av arvsmassan. Felaktig reglering av genuttryck är involverat i olika sjukdomstillstånd och det är nödvändigt cellen att korrigera obalanser i antal genkopior, exempelvis på könskromosomer.

– Vi har karaktäriserat igenkänningssekvensen för ett system som specifikt reglerar proteinmängden från vissa gener.

I celler som nyligen isolerats från sin organism behöver funktioner ändras snabbt. Då går regleringen på avläsningsnivå för långsamt; för att snabbt förändra mängden protein behöver arvsmassan omlagras. I avhandlingen visar Jacob Lewerentz att celler som nyligen isolerats tidigt duplicerar delar av arvsmassan där funktioner för stresshantering finns.

– Det är svårt att studera de tidiga anpassningarna hos celler som försöker bli självständiga och i det perspektivet är den här studien särskilt intressant för till exempel cancerforskning.

Om disputationen
Fredagen den 7 oktober försvarar Jacob Lewerentz, Institutionen för molekylärbiologi vid Umeå universitet, sin avhandling med titeln ”Genomic adaptation and gene-dosage regulation of Drosophila melanogaster cells, and long-read software developments”. Svensk titel: ”Genomisk adaption och gendosreglering i bananflugeceller och utveckling av long-read-programvara.”
Disputationen äger rum klockan 13.00 i Astrid Fagraeus (A103), byggnad 6A, Norrlands Universitetssjukhus.
Fakultetsopponent är docent Casey Bergman, Department of Genetics, University of Georgia, Georgia, USA.

Läs hela avhandlingen

För mer information, kontakta gärna:

Jacob Lewerentz, doktorand, Institutionen för molekylärbiologi, Umeå Universitet
E-post: jacob.lewerentz@umu.se

Porträttfoto