Sundhedsvidenskab > Månedens profil > Chunaram Choudhary

06. juni 2011

Chunaram Choudhary

Molekylære kontakter kontrollerer kroppens funktioner

Kroppens celler bliver langt overvejende styret af proteiner, og proteinernes funktioner bliver bl.a. reguleret af molekylære modifikationer, der fungerer som tænd- og sluk-kontakter. Nogle gange bliver kontakterne kontrolleret på en uhensigtsmæssig måde, og det kan forårsage sygdomsudvikling. Lektor, ph.d. Chunaram Choudhary på Novo Nordisk Center for Protein Research forsøger at finde sygdomskontakterne ved hjælp af massespektrometri.

Af Lise Penter Madsen

Holder børn op med at lege, fordi klokken bliver 17 eller 18? Nej, og det er det samme med forskere, mener lektor, ph.d. Chunaram Choudhary. Selv er han i hvert fald lige så begejstret og glad for sit arbejde og sin forskning, som børn er for at lege. Af samme grund ved han ikke, hvor mange timer han bruger på forskningen, for uden for normal arbejdstid bruger han gerne sine ledige stunder ved computeren. Hjemme kan han følge de data, der 24 timer i døgnet bliver leveret af det sofistikerede massespektrometri-udstyr, som står bag tonede gule glasvægge på hans arbejdsplads, The Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research (CPR) på Panum Instituttet.

Chunaram Choudhary kom til CPR i juli 2009, kun en måned efter at det var blevet indviet. Han arbejder i Department of Proteomics under forskningsdirektør professor, ph.d. Matthias Mann og leder gruppen Proteomics and Cell Signaling Group. Gruppen arbejder med at analysere og beskrive molekylære mekanismer, der kontrollerer proteinernes funktioner i menneskets celler.

Top-tunet massespektrometri

Specielt arbejder Chunaram Choudharys gruppe med posttranslationelle modifikationer (PTM'er), hvilket vil sige modifikationer, der finder sted efter selve syntesen af proteinet. Modifikationerne ændrer eller udvider proteinets funktion ved for eksempel at tilføje acetater eller fosfater til proteinet. Det ændrer også signalvejene til andre proteiner og molekylære processer inde i cellen og dermed cellens 'opførsel'. Chunaram Choudhary beskriver modifikationerne som kontakter, der kan tænde og slukke for en funktion. For det meste tænder kontakterne for en hensigtsmæssig opførsel, men det hænder også, at et muteret eller defekt protein tænder en kontakt, der kan igangsætte en sygdom hos mennesket. Det er de sidstnævnte uheldige hændelser, som forskerne i Chunaram Choudharys gruppe arbejder for at afsløre.

"Vi beskæftiger os med grundforskning, men det er et motiverende perspektiv, at den indsigt, vi får, måske en dag kan anvendes til sygdomsbehandling," siger Chunaram Choudhary.

Til deres analyser anvender forskerne massespektrometri, og takket være det top-tunede state of the art-udstyr, som forskerne på CPR har til rådighed, kan selv små mængder celleprøver hurtigt levere et stort antal data om molekylers masse og kemiske struktur. En celleprøve bliver skubbet ind i en lille skuffe i maskinen, hvor prøven bliver ioniseret og analyseret, og snart har forskerne data, der gør dem i stand til at identificere, hvilke proteiner og modifikationer af dem, de har med at gøre. 

Fra planteceller til humane celler

Oprindelig ville Chunaram Choudhary, der er inder og opvokset i den nordlige og største af Indiens delstater, Rajasthan, læse medicin.

"Men jeg blev ikke optaget på et medicinsk universitet, og jeg må være ærlig og sige, at det var lidt tilfældigt, at jeg i stedet valgte biologi. I dag er jeg meget glad for valget, for jeg er der, hvor jeg helst vil være. Jeg er begejstret for at bedrive grundforskning, og samtidig er mit arbejde relateret til mennesker og sygdomsforståelse."

Han læste biologi på Mohan Lal Sukhadia University i byen Udaipur i Rajasthan, og her handlede det mest om plantebiologi og plantebioteknologi.

"Forskning inden for plantebioteknologi var veletableret og den største aktivitet på universitetet, så derfor var min masterafhandling også inden for det område. Men jeg ønskede at arbejde med celle-signalering og/eller immunologi hos mennesker, så efter min master i 1999 søgte jeg et job, hvor jeg kunne få erfaring med at arbejde med humane celler."

Chunaram Choudhary blev forskningsassistent ved National Centre for Cell Science i byen Pune i delstaten Maharashstra, og da han havde været der i halvandet år, fik han et ph.d.-stipendium hos professor Hubert Serve på afdelingen for hæmatologi og onkologi på universitetshospitalet i Münster i Tyskland.
"Jeg arbejdede med celle-signalering, og var meget glad for at være der. Hubert Serve var læge og en vidunderlig mentor, og det var en afdeling, hvor vi byggede bro mellem grundforskning og klinik." siger han.

Opdagede en vigtig defekt

I sit ph.d.-arbejde havde Chunaram Choudhary bl.a. fokus på et protein, kaldet CBL, der var kendt for at være vigtigt for kontrollen af normale cellers aktivitet. Sammen med kollegaen dr. Bülent Sargin på Münster Hospital satte han sig for at undersøge, hvad der skete, hvis dette protein blev defekt, og om det overhovedet optrådte som defekt hos patienter.  
"Vi undersøgte celleprøver fra patienterne og fandt, at en af patienterne havde en mutation i netop det protein, som kontrollerede normale cellers aktivitet. Det var første gang, at der var fundet en mutant af dette protein," siger han.

Først var Sargin og Choudhary glade for tilsyneladende at have identificeret en cancerfremkaldende mutation, men snart blev de frustrerede, for de havde celleprøver fra 150 patienter, men fandt kun det defekte protein hos den ene patient.

Både på laboratoriet i Münster og på et laboratorium i England fortsatte man med at kigge efter det defekte protein hos cancerpatienter, og tre år senere stod det klart, at det defekte protein faktisk hyppigt muterede ved en speciel undertype af leukæmi.

"De patienter, som vi oprindelig havde undersøgt celleprøver fra, var diagnosticeret med en anden type leukæmi, så man kan sige, at vi havde ledt det forkerte sted. I dag anses det defekte protein for at spille en meget kritisk rolle i udviklingen af den bestemte undertype af blodcancer. Når vi ser tilbage, er vi glade for, at vi opdagede noget vigtigt, men på det tidspunkt vidste vi ikke, hvor vigtigt det i virkeligheden var," siger Chunaram Choudhary.

Ambitiøse spørgsmål

Først og fremmest beskæftigede han sig i sin ph.d.-forskning dog med et andet muteret eller defekt protein, en receptor-tyrosin kinase, som sandsynligvis var involveret i udviklingen af leukæmi. Erfaringen viste, at patienter, der havde det defekte protein, syntes at leve kortere end patienter, der ikke havde det, og forskningen afslørede, at det defekte protein fik cellerne til at blive ved med at dele sig.

Ordbog

I 2006 afsluttede han sin ph.d. med den højeste udmærkelse, summa cum laude, og arbejdede videre med sine forskningsprojekter i en postdoc-stilling på samme afdeling. Han ønskede at afdække mere præcist, hvor forskellige signalerne fra det defekte protein var, og præcis hvad forskellene bestod i.

"Men afdelingens teknologi var flere årtier gammel, og efterhånden blev vores spørgsmål så ambitiøse, at teknologien ikke slog til. Omfanget og kvaliteten af data var ikke tilstrækkelig, så jeg holdt meget nøje øje med teknologiudviklingen og fandt, at der inden for cellesignalering var et enormt potentiale i massespektrometri. Jeg tænkte, at hvis jeg havde adgang til sådan en teknologi, så ville jeg nok kunne gøre mange store ting," siger han.

For at få adgang til den teknologi var han selvfølgelig nødt til at flytte et sted hen, hvor man havde den, og det stod hurtigt klart, at det uden for diskussion bedste sted var Max-Planck Instituttet for Biokemi i Martinsried i Tyskland. Her var professor, ph.d. Matthias Mann netop tiltrådt som direktør.

"Han var verdens førende forsker inden for massespektrometri, og hans gruppe havde speciale i netop cellesignalering. Min chef, Hubert Serve, kontaktede Matthias Mann og forklarede, at jeg var meget ivrig efter at lære teknologien at kende og at anvende den på nogle af de spørgsmål, vi ikke kunne komme videre med i Münster. Matthias Mann sagde til min store glæde ja til, at jeg kunne få en postdoc-stilling i hans gruppe, og i 2007 flyttede jeg til hans laboratorium."

3.600 sygdomskontakter

På Max-Planck-instituttet gik Chunaram Choudhary straks i gang med at undersøge, hvad den massespektrometriske teknologi kunne gøre for hans spørgsmål. Han sammenlignede signalerne i blodceller med og uden defekte proteiner for at analysere forskellene og for at finde ud af, hvilke mekanismer der er årsag til, at det defekte protein får celler til at blive ved med at dele sig.

Han fandt, at det defekte protein, som er en receptor, arbejder i det skjulte. Normalt skal en receptor flytte sig til overfladen af en celle for at blive aktiveret af et andet stof, men den her receptor havde ikke brug for at binde sig til et andet stof for at være aktiv. Analyserne viste, at den var aktiv hele tiden, også når den var inde i cellen, og det betyder, at celledelingen aldrig stopper. Det kan blive et vigtigt angrebspunkt for en behandling, der hæmmer kræftudviklingen.

Hans næste undersøgelse gav også et bemærkelsesværdigt resultat og blev publiceret i det førende videnskabelige tidsskrift, Science. Projektet tog udgangspunkt i, at en ny type medicin var blevet godkendt til behandling af en bestemt type blodkræft kaldet 'cutanous T-celle lymphoma' eller CTCL. Medicinen var den første af sin art og virkede ved at hæmme de enzymer, der er involveret i at modificere proteinerne i cellen ved en såkaldt acetylering.
"Da lægemidlet blev godkendt, kendte man til mellem 500 og 600 acetylerings-kontakter på proteinerne, men vi opsporede ikke færre end seks gange så mange; omkring 3.600 acetylerings-kontakter på 1.750 forskellige proteiner. Det var meget vellykket," siger han.

Opdagelsen gav ikke kun vigtig viden i forhold til kræftbehandling, for acetylerings-kontakterne spiller også en rolle i aldring og for sygdomme som Parkinsons og Alzheimers.

Arbejdet blev publiceret i Science i august 2009, dvs. efter at Chunaram Choudhary var flyttet til Danmark og CPR.

"Arbejdet blev udført på Max-Planck instituttet, men det var med den samme teknologi, som vi anvender her på CPR," siger han.

Han er meget glad for at være på CPR.

"Jeg var virkelig meget heldig, at Københavns Universitet etablerede centret, og at jeg fik mulighed for at komme hertil og opbygge min egen gruppe. Og jeg føler mig også meget heldig over at have mulighed for at arbejde tæt sammen med dr. Michael L. Nielsen og professor, dr. Jesper V. Olsen, de to andre gruppeledere i vores afdeling. De er blandt de førende forskere i massespektrometri-baseret proteomik."

Choudhary Chunarams egen gruppe tæller i dag foruden ham selv, fire postdocs og en ph.d.-studerende. Seks personer i alt - og seks nationaliteter: indisk, tysk, amerikansk, svensk, kroatisk og dansk.

Frugtbare samarbejder

I det hele taget er proteincentret meget internationalt orienteret. Centrets hjemmeside eksisterer kun på engelsk, og der er etableret mange internationale samarbejder.

"Meget frugtbare samarbejder," understreger Chunaram Choudhary og nævner bl.a. et forskningsprojekt, hvor professor Steve Jackson fra Cambridge University var interesseret i at finde ud af, hvordan celler reparerer skadet dna. Cambridge-gruppen havde nogle data, der tydede på, at acetylering spillede en rolle, men forskerne vidste ikke, hvor modifikationerne skete i proteinet.
"I samarbejde med dem kortlagde vi præcist modifikationerne, og arbejdet blev publiceret i Science sidste år," siger Chunaram Choudhary.

Endnu et forskningsarbejde, hvor Choudharys gruppe har været involveret, er netop blevet publiceret (26. maj) i Science. Et forskerhold under ledelse af professor dr. Ivan Dikic fra Goethe Universität i Frankfurt am Main, havde en formodning om, at proteinet Optineurin spillede en vigtig rolle for en salmonellainficeret celles evne til at bekæmpe bakterien, og forskergruppen havde indikationer på, at det var fosforylering af proteinet, der 'tændte' den antibakterielle funktion. På CPR blev modifikationerne lokaliseret ved hjælp af massespektrometri, og på baggrund af CPRs analyser og andre biokemiske og cellebiologiske studier af de molekylære processer, konkluderede forskerne, at fosforylering af Optineurin gjorde salmonellainficerede celler i stand til at nedbryde de skadelige fremmedelementer i sig selv.

"Undersøgelsen har afdækket nogle af de mekanismer, der kontrollerer salmonellabakteriens vækst, men resultaterne kan også få betydning for vores forståelse af, hvordan cellerne kontrollerer væksten af andre bakterier. Meget tyder på, at det er den samme reguleringsproces, der sker ved cellernes nedbrydning af andre bakterier," siger Chunaram Choudhary.

Han understreger dog, at der er tale om grundforskning, og at der ikke venter lægemidler rundt om hjørnet.

"Men generelt giver vores kortlægning af sygdomskontakterne indsigt i, hvordan sygdomme udvikler sig, og det er muligt at undersøge meget specifikt, hvordan sygdomskontakterne reagerer på medikamenter. Vores forskning kaster lys over mulige sygdomsmekanismer, og det kan måske en dag få betydning for behandling af sygdomme"