Initiativet BRAINSTRUC er støttet af Lundbeckfonden med op til 60 mio. kr. over en fem-årig periode, og det giver en fantastisk mulighed for at intensivere forskningen inden for et af de absolut vanskeligste strukturbiologiske områder: det komplekse og dynamiske samspil mellem proteiner, membraner og andre biologiske molekyler i den menneskelige hjerne.
Initiativet er drevet af fem af landets stærkeste strukturbiologiske forskere fra Københavns Universitet og Aarhus Universitet. Det skaber unikke muligheder for at løse nogle af de største udfordringer på området.
– Det er en stor udfordring at undersøge hjernens komplekse biologiske processer, især når vi forsøger at forstå strukturer helt ned på et molekylært- og atomart niveau. Og det bliver kun endnu mere vanskeligt, når vi forsøger at beskrive, hvordan de interagerer og ændrer sig over tid. Det kræver, at vi arbejder mere eksperimentelt og tværfagligt. Det får vi en unik mulighed for nu, hvor Lundbeckfonden visionært har valgt at støtte den strukturbiologiske forskning, siger BRAINSTRUC’s leder, lektor og ph.d., Bente Vestergaard fra Københavns Universitet.
Forskningen i BRAINSTRUC vil fokusere på tre centrale processer i hjernen. Et område er hjernens medfødte immunforsvar og dets rolle i neurologiske autoimmune sygdomme. Et andet fokuserer på betydningen af ion-transporterende og lipid-flippende proteiner for nervesignalering og den overordnede struktur af nervecellers membraner. Som et tredje punkt skal forskerne undersøge mekanismen bag proteinfibrillering og sammenhængen med Parkinsons sygdom.
Tværfagligt samarbejde med stort potentiale
Forskerne i BRAINSTRUC-konsortiet er eksperter i forskellige strukturbiologiske discipliner, som spænder over både teoretiske, beregningsmæssige og eksperimentelle tilgange. Der er en stærk tradition for faglig interaktion mellem eksperterne, men et egentligt nationalt og tværfagligt initiativ på området er unikt, og forventningerne til effekten af samarbejdet er store. Forskerne vil arbejde målrettet mod at forstå basale aspekter af hjernens funktion og sygdomme, samtidig med at det øgede nationale samarbejde vil kunne skabe grobund for næste generation af strukturbiologer.
Fakta om strukturbiologi
Strukturbiologi undersøger den atomare 3-dimensionelle struktur af proteiner og andre biologiske molekyler og fastlægger, hvordan de vekselvirker. Den tilgang er central i biomedicinsk forskning, fordi den giver indsigt i de molekylære mekanismer bag sygdommes udvikling og lægemidlers effekt. Det danner basis for udviklingen af nye typer medicin og behandling.
Forskere har længe vidst, at den 3-dimensionelle struktur af de biologiske makromolekyler er afgørende for deres funktion og centrale for, at forskerne kan forstå udviklingen af sygdomme i hjernen. Det er også blevet tydeligt, at disse 3-dimensionelle strukturer ikke er statiske, men derimod nogle meget dynamiske størrelser, som har en indbygget fleksibilitet. Det betyder, at makromolekylerne ændrer deres struktur og biologiske egenskaber over tid, og netop den dynamik er central for f.eks. proteiners eller celle-membraners funktion. Disse dynamikker vil også ændre sig, når de biologiske molekyler interagerer.
Revolutionerende røntgenkilder i verdensklasse er under opførsel i Lund (MAX IV) og Hamborg (e-XFEL), og den kommende neutronkilde i Lund (ESS) vil muliggøre strukturelle undersøgelser med verdens mest intense neutron stråling. Den nyeste udvikling inden for elektronmikroskopi gør det også muligt at beskrive de atomare strukturer af store og komplekse proteiner. Endeligt skaber den eksplosive udvikling i computerkraft og nye metoder til computersimulering mulighed for langt dybere indsigt i proteiners dynamiske egenskaber. Tilsammen åbner disse landvindinger op for fundamental ny indsigt i cellebiologiske strukturer. Det gør det muligt at belyse og besvare nogle af de mest komplekse biologiske spørgsmål, videnskaben står over for. Den indsigt vil få stor indflydelse på forståelsen af proteiners struktur og dynamik og giver mulighed for at finde nye veje til at behandle sygdomme ved at påvirke proteiners funktion og dynamik med lægemidler.
