FAG Doktorgrad
På vei mot ny behandling for akutt intermitterande porfyri
For å utvikle ei ny behandlingsmetode forakutt intermitterande porfyri (AIP),har det vore naudsynt å studere det molekylære grunnlaget til AIP.
Helene Bustad Johannessen
Helene Bustad Johannessen disputerte 28.11.2016 for PhD-graden ved Universitetet i Bergen, med avhandlingen «Characterization of hydroxymethylbilane synthase and pharmacological chaperone treatment for acute intermittent porphyria».
Johannessen er utdannet bioingeniør ved Høgskolen i Bergen (2007) og har en master i cellebiologi fra UiB (2009). Hun arbeider nå som postdoktor ved UiB med et «Toppforsk-prosjekt» som omhandler Arc – et protein som er involvert i synaptisk plastisitet og kognitivitet.
Hydroxymetylbilan syntase (HMBS) er det tredje enzymet i hemesyntesen, og mutasjonar i HMBS gir redusert enzymaktivitet og opphav til akutt intermitterande porfyri (AIP).
AIP gir akutte åtak som utløysast av substansar eller situasjonar som aukar behovet for heme, t.d. medikament, stress og hormon. Ein mutasjon kan hindre den normale koplinga av fire porfobilinogen (PBG)-substrat, som gir opphoping av PBG og forstadiet δ-aminolevulinsyre (ALA). Opphopinga gir truleg opphav til åtaka (1).
Intravenøst heme er vanleg behandling for åtaka, men god venetilgang og oppretthald av vedvarande effekt er ei utfordring. Levertransplantasjon er einaste kur.
Hovudmålet med dette arbeidet har vore å utvikle ei ny behandlingsmetode. For å gjere det har det vore naudsynt å studere det molekylære grunnlaget til AIP.
Det er ikkje funne klare genotype-fenotype-korrelasjonar for AIP. For å bidra til dette har vi nytta rekombinant enzym og studert struktur og kinetikk av mutantane K132N og V215E. Disse har ikkje vore skildra tidlegare, og blei undersøkt i lys av villtype HMBS og tre andre, godt dokumenterte mutantar. Vi fann at K132N er villtype-liknande, i overeinskomst med manglande symptom hjå personer med denne mutasjonen. V215E er vesentleg ulik villtype, med både klinisk og biokjemisk signifikans og har difor ein relativt høy sjukdomsrelasjon (2).
HMBS blei undersøkt med massespekrometri (MS), og vi stadfesta, som forventa, nærværet av HMBS bunden til kofaktor, og ES-, ES2- og ES3-enzym bunden til høvesvis eit, to og tre PBG-substrat. Det viktigaste funnet var at R173W-mutanten har ei opphoping av ES2 som tyder på ei forhindra forlengingsprosess (3).
Mange HMBS-mutasjonar gir «loss-of-function» feilfolding og ustabilt enzym. Behandling med farmakologiske chaperonar er difor ei god terapeutisk moglegheit for AIP. Farmakologiske chaperonar er små molekyl som spesifikt binder til eit målprotein og fremjar stabilitet og riktig struktur. Målet er å delvis eller heilt få tilbake opphaveleg struktur og funksjon til proteinet. Med rekombinant HMBS søka vi gjennom eit bibliotek med 10 000 molekyl, og valde ut treff på bakgrunn av evna til å stabilisere HMBS. Etter vidare seleksjon med enzymaktivitet og tryptisk proteolyse, blei fire molekyl tatt vidare til cellestudiar og Hmbs-defekte mus. Hmbs-defekte mus skil ut overskytande ALA og PBG i urin når dei får fenobarbital, som følgje av indusert hemesyntese. Vi kunne såleis overvake endringar i ALA/PBG-utskilling. Eitt av dei fire molekyla førte til mindre utskilling av ALA og PBG i urin, i tillegg til auka mengde av HMBS i lever. Med molekylær dokking fann vi to bindingslommer med interaksjonar til sentrale aminosyrer i enzymet. Denne bindinga tenkjer vi oss kan stabilisere ein gunstig katalytisk konformasjon. Molekylet viser eit terapeutisk potensial som farmakologisk chaperon for AIP-pasientar (4).
