Projekter vi har finansieret

Mange funktioner i cellerne hos pattedyr er reguleret af hormoner og andre signalmolekyler. Cellens budbringere er receptorerne, som sidder uden på cellen og registrerer tilstedeværelsen af disse signalmolekyler. Receptorerne igangsætter herefter en signaleringskaskade, som fører til den regulerede effekt inde i cellen. En udbredt receptormedieret effekt er når særlige hormoner eller andre proteiner skal sendes ud af en celle og ind i blodbanen, eller når særlige proteiner skal ud til overfladen af cellen. Denne proces hedder exocytose og reguleres ofte af receptorer, der igangsætter en kaskade ved hjælp af en gruppe af proteiner, der hedder G-proteiner. Receptorne hedder derfor G-proteinkoblede receptorer. Det er velkendt at disse G-proteiner øger koncentrationen af et signalmolekyle inde i cellen, som hedder cyklisk AMP (cAMP) og man har længe troet, at det var dette molekyle, som i mange tilfælde igangsætter exocytosen. Vi undersøger i særdeleshed regulering af en vandkanal i nyren, som hedder aquaporin-2 (AQP2) som er nødvendig for opretholdelse af vandbalancen hos pattedyr, og dette protein sendes til cellens overflade af receptoren for ’tørsthormonet’ (antidiuretisk hormon, ADH). I dette projekt undersøger vi hvordan helt andre signaleringsveje end cAMP regulerer denne proces. Vores resultater kan ændre måden, vi opfatter receptorernes signaleringskaskader i en lang række sammenhænge.

Data mining metoder, der anvendes på forskellige problemstillinger fra forskellige områder af ikke-ekspert brugere, vil typisk give et eller andet resultat, selv om der ikke er nogen egentlige eller tydelige mønstre eller fakta at uddrage fra de foreliggende data. Det er derfor svært for brugeren, ja selv for eksperter, at vurdere resultaternes gyldighed og anvendelighed. Så selv om en metode rapporterer klynger eller ekstreme observationer til brugeren, har brugeren ikke pålidelige teknikker til at vurdere gyldigheden af sådanne resultater. Denne mangel på pålidelighed kan gøre efterfølgende skridt og konklusioner fejlbehæftede eller meningsløse. Dette projekt sigter mod at forbedre de teoretiske teknikker til forståelse af data mining, hvilket har praktisk relevans i forbindelse med at sikre en bedre forståelse af evalueringsprocedurerne til klyngedannelse, forbedring af ensembler og evaluering af detektion af ekstreme observationer, samt identifikation af relationer mellem datasætegenskaber og metodekvalitet.

Ion kanaler er små molekylære kontakter, der regulerer strømmen af ladede partikler, kaldet ioner, henover cellers membran. Denne aktivitet er meget vigtig for talrige kropslige funktioner, så som hjerterytmen, muskelsammentrækning og udskillelse af hormoner. Der findes hundredevis af forskellige typer ion kanaler i menneskekroppen. Omkring 60 af dem tilhører den type af kanaler, der aktiveres af ændringer i spændingen henover cellemembranen. En af disse, ”the sodium leak channel”, lader til at være særlig vigtig, fordi a) det er den eneste i hele denne familien af ion kanaler, som konstant er aktiv (dvs. lækkende), og b) knockout af denne ionkanal er dødelig i mus og mutationer i ionkanalen hos mennesker forårsager meget alvorlige sygdomme og fører ofte til tidlig død hos patienterne. Tidligere har det ikke være muligt at studere denne kanal i detaljer, fordi den ikke kunne udtrykkes uden for vævsprøver. Min gruppe har dog for nyligt fundet ud af, hvordan denne kanal kan udtrykkes og har, i samarbejde med andre, løst ionkanalens 3D struktur. Dette gennembrud gør os nu i stand til, ved hjælp af en bred vifte af nye teknologier, endelig at lave detaljerede studier af denne, fysiologisk set, meget relevante ionkanal. Dette vil hjælpe os til en bedre forståelse af, hvorfor denne ionkanal er så forskellig fra andre beslægtede ionkanaler, og i særdeleshed, hvorfor den lækker. Dette vil fremme evnen til målrettet at kunne ramme denne vigtige lækkende kanal farmakologisk.

Når stof rammes af ioniserende stråling, så finder almindeligt en lang række af forskellige processer sted på molekylær skala, hvoraf mange stadig er ukendte. For eksempel vanddråber, der bestråles af ultraviolet lys eller energiske partikler op i atmosfæren, bliver til små reaktorer, hvor kemisk reaktion finder sted, som har en indvirkning på vores klima. Når levende væv bestråles af røntgenstråler til kræftbehandling, beskadiges celler direkte ved ionisering af vitale biomolekyler og indirekte ved sekundære reaktioner. I dette projekt vil vi studere en bestemt klasse af indirekte ioniseringsprocesser - resonans interatomært eller intermolekylært henfald (’resonant interatomic/molecular Coulombic decay, RICD). Denne proces er sandsynligvis særlig effektiv, men indtil videre er der kun gennemført få eksperimenter for bedre at forstå den. Vi vil bruge helium og vand nanodråber som modelsystemer og bestråle dem ved ekstrem ultraviolet synkrotronstråling. Ved hjælp af en speciel metode (coincidence-detektion) kan vi detektere alle partikler, der er skabt i denne RICD proces, og måle deres energi. På denne måle forventer vi at opdage nye varianter af den RICD proces, der ikke er rapporteret før; og vi vil karakterisere dem i detaljer for bedre at forstå, hvor hurtigt de går, og hvad produkterne er. Denne viden kan hjælpe med at forbedre klimamodeller og finde bedre måder at behandle kræft ved strålebehandling.

Bælgplanter kan ved hjælp af symbiose med jordbakterier fiksere luftens kvælstof, så det bliver tilgængeligt for planten. For at det kan lade sig gøre, skal jordbakterierne først inviteres indenfor i plantens celler. Derefter danner planten nye strukturer kaldet rodknolde, hvor kvælstoffiksering finder sted. Bælgplanter og jordbakterier kommunikerer med hinanden ved hjælp af kemiske signalstoffer. Når bælgplanten modtager signaler fra kompatible bakterier, ændrer den sit genudtryksmønster for at forberede sig på og tillade bakteriel infektion. Tidligere studier har vist, at mange planteceller ændrer deres genudtryksmønster, men at der kun dannes kun infektionstråde i ganske få af cellerne. Det har gjort det svært at undersøge, hvad der egentlig sker i præcis de celler, hvor der dannes infektionstråde. I projektet vil vi udnytte en ny teknologi, der gør det muligt at adskille enkeltceller ved hjælp af væskemanipulation på mikroskopisk niveau (microfluidics) for derefter at karakterisere deres genudtryksmønstre ved hjælp af sekventering. Samlet set kaldes proceduren for enkelt-celle-sekventering, og den gør det muligt for os at isolere og undersøge præcis de celler, hvor infektionen finder sted. Projektet vil derfor kunne afsløre de genudtryksændringer, der er nødvendige for kontrolleret bakteriel infektion og dermed give os et grundlag for at forstå, hvordan planten regulerer infektion på enkeltcelleniveau.

Kiralitet spiller en afgørende rolle for mange naturligt forekommende processer. Af den grund er kirale molekyler genstand for en lang række af videnskabelige studier og er af stor betydning for den farmaceutiske industri og bioteknologi. Kirale molekyler kommer i to varianter (venstrehåndede og højrehåndede) som strukturmæssigt kun adskiller sig ved at være spejlbilleder af hinanden. Selvom denne forskel umiddelbart kan virke uskyldig, kan den faktisk betyde forskellen på liv og død! Fra et mere fundamentalt fysisk synspunkt er de to varianter også forskellige. For det første pga. den såkaldte elektrosvage vekselvirkning vil de kvantemekaniske energiniveauer i de to varianter være lidt forskellige. For det andet og mere dramatisk vil nogle svingende dipolmomenter have fuldstændig modsat fase i forhold til det elektromagnetiske felt, der benyttes til at skabe dem. I det foreliggende projekt er det målet at udføre spektroskopi på ét enkelt kiralt molekyle med perspektivet at udnytte den sidste fysiske egenskab til at bestemme om et enkelt kiralt molekyle enten er venstrehåndet eller højrehåndet. På en længere tidsskala er det sandsynligt at forskningsresultaterne kan danne baggrund for nye kirale testmetoder til den farmaceutiske industri og bruges i forbindelse med en noget speciel dateringsteknik baseret på at måle kiraliteten af aminosyrer.

Bakterielle infektioner bliver tit behandlet med antibiotika der skader deres DNA, men bakterierne har et kraftfuldt system, der hedder SOS, som giver dem mulighed for at reagere på DNA-skade og at komme sig fra eksponering for disse antibiotika. Dette system bidrager til det voksende problem ift. resistensudvikling, for det øger sandsynligheden for mutationer, der forårsager antibiotikaresistens. Til gengæld kan nogle komponenter af SOS-systemet, ved overudtryk, nedbringe antibiotikaresistens. Vi har fundet et nyt gen, der er en del af SOS-systemet i Caulobacter crescentus, hvis overudtryk medfører en lavere tolerance overfor DNA-skade. Dette gen, som hedder higC, er beskrevet som en transkriptionsfaktor, men vi ved ikke, hvilke andre gener det regulerer. Vores hypotese er, at higC regulerer et sæt gener, der kan tvinge bakterierne til at undergå celledød, når SOS-systemet er aktiveret. I dette projekt vil vi undersøge hvordan higC kan øge bakteriernes sensibilitet overfor antibiotika, om higC kan virke på samme måde i andre bakterier (inklusive patogene) og hvordan higC kan regulere sit eget udtryk samt andre genes udtryk. Resultaterne forventes at forbedre vores forståelse af bakteriernes forsvar mod DNA-skade og belyse nye måder at øge effektiviteten af DNA-målrettet antibiotika.

I de sidste par år er Lipidflipaserne (P4 ATPaserne), som er meget relevante for både dyre- og plantecellers korrekte funktion, blevet undersøgt i flere studier. P4 ATPaserne er primære aktive transportører, der translokerer et lipidmolekyle fra den ydre til den cytosoliske side af en biologisk membran. Denne transport er essentiel for mange celle funktioner. P4 ATPase-dysfunktion fører til metabolske, neurodegenerative sygdomme hos mennesker, mens P4 ATPaser er involveret i planters forsvar mod patogener, samt planters tilpasning til temperaturændringer og korrekt udvikling. På trods at deres store betydning, er mange aspekter af P4 ATPasernes funktion stadig dårligt karakteriseret eller ikke undersøgt. Den mest relevante af P4 ATPasernes mekanisme er, hvordan lipidsubstratet transporteres over membranen. Formålet med dette projekt er at generer ny viden som vil kaste lys over P4 ATPasers transportmekanisme. Vi vil karakterisere mindst én P4 ATPase både på et strukturelt og biokemisk niveau. Vi vil fokusere på to plante P4 ATPaser med næsten identiske aminosyre sekvenser, men som transporterer to forskellige substrater. Denne lighed i sekvens og forskel i substrat gør disse to proteiner til et fantastisk udgangspunkt for at få en dybdegående forståelse af de molekylære mekanismer hvormed P4 ATPaser genkender deres substrat.

I mennesker, dyr og planter nedarves det genetiske arvemateriale på lineære kromosomer, hvis ender danner særlige telomer strukturer, som beskytter kromosomerne mod nedbrydning og hjælper til deres duplikering i S-fasen af cellecyklus. Telomerer er særligt vanskelige for cellen at duplikerer, fordi de danner strukturer, som blokerer for DNA polymerasen. Med dette studie, vil vi undersøge Mte1/ZGRF1 proteinets rolle i duplikering af telomerer og konsekvenserne for cellens overlevelse, når Mte1/ZGRF1 er muteret. Ved at sammenligne Mte1 i gær med ZGRF1 i menneske celler kan vi identificere generelle evolutionært besvarede mekanismer for beskyttelse of cellens arvemateriale.

Elektron optik virker ved at udsende, styre og fokusere elektroner inde i et vakuumkammer, og dette er princippet bag mange vigtige videnskabelige instrumenter. I det atomart tynde nanomateriale grafen bevæger sig elektronerne sig så ubesværet, at det minder om et to-dimensionalt vakuum kammer. Det viser sig at hvis vi danner elektriske felter med nanomater præcision, kan vi definere linser, spejler og reflektorer og lave grafen om til et to-dimensional optisk system, der måske kan bruges til at lave mikroskoper og andre instrumenter. Der er mange ubesvarede spørgsmål og problerm, og i Tr2DEO vil angribe to af disse. For det første vil vi lave verdens mest præcise linser ved at udnytte en ny krystallografisk ætseteknik der kan omskabe almindelige litografiske mønstre til langt mere præcise og perfekte strukturer - disse vil vi forsøge at bruge som masker til at lave ultrapræcise elektronlinser. For det andet vil vi for første gang afprøve en ny metode til at afsløre hvordan elektron strålen bevæger sig igennem 2D "mikroskopet". Her bruger vi ultrakorte optiske pulser til at sætte kortvarige (ca 10-100 femtosekund) strømme igang, som vi så vil udlæse ved hjælp af en ny optisk puls, der kommer med en kontrolleret forsinkelse i forhold til den første. Ved at måle strøm-respons som funktion af tidsforsinkelse, kan vi ved at sammenligne med teoretiske beregninger, afsløre hvordan elektronstrålen opfører sig i det 2D elektron system.