Hvert menneske har sit eget unikke ’fingeraftryk’ af proteinaktiviteter

Selvom mennesker overordnet set består af de samme byggeklodser, så er vi samtidig alle forskellige, og har et individuelt fysiologisk respons til udefrakommende påvirkninger, såsom fysisk aktivitet eller ernæring. Det skyldes bl.a., at reguleringen af de fundamentale byggeklodser sker efter individuelle, personlige mønstre. Forskellene eksisterer helt ned på det molekylære niveau, hvor vi har vi tusindvis af forskellige proteiner i vores celler. Disse variationer har traditionelt besværliggjort forskernes identifikation af, hvilke specifikke proteiner som er centrale for en given fysiologisk proces, og hvilke ændringer der danner grundlaget for de forskelligheder, vi kan observere fra menneske til menneske.

Måling af tusindvis af proteiners indbyrdes aktiviteter

Proteinernes aktivitet, samspil med andre proteiner og deres placering i cellen er bl.a. reguleret ved små modifikationer, hvor der kobles eller fjernes specifikke molekyler i proteinet. Ved at udtage muskelbiopsier fra raske personer har en gruppe forskere nu klarlagt titusindvis af disse modikationer ved en teknologi kaldet ’massespektrometri’. Herigennem opdagede forskerne, at hver enkelt menneske har sin egen unikke profil af små modifikationer, og at disse profiler ændres ved forskellige påvirkninger. Og det er en helt afgørende viden, fortæller professor Jørgen Wojtaszewski fra Institut for Idræt og Ernæring på Københavns Universitet. Han stod i spidsen for den danske den af studiet:

”Vi er interesserede i, hvordan insulin påvirker vores musklers evne til at optage sukker, og hvordan forudgående fysisk arbejde påvirker processen. Vi har i mange år kunnet iagttage, at selv blandt tilsyneladende raske mennesker, så reagerer individer meget forskelligt på insulin. Den forbedring i insulins virkning som ses efter f.eks en cykeltur er også meget individuel. Hvordan det hænger sammen med muskelcellernes proteiner er en videnskabelig gåde, som vi ønsker at afklare.”

I processen udviklede forskerne en metode, ’Personalized Phosphoproteomics’, der kobler fysiologiske data til målinger af de små ændringer af kroppens proteiner. Herigennem identificerede forskerne de proteiner, der adskiller sig fra menneske til menneske. 

”Det værktøj vi har udviklet giver os for første gang - ved at dykke ned i forskellighederne mellem de enkelte mennesker - muligheden for at forbinde det molekylære niveau med den biologiske funktion og variation i mennesket. Det vil derfor også bringe os tættere på at forstå grundlaget for, hvordan sundhed og behandling varierer dynamisk på tværs af den menneskelige befolkning, så vi kan give det enkelte menneske den bedst mulige behandling,” fortæller professor Jørgen Wojtaszewski.

Nybrud i forskningen

Forskernes analyser påviste også en helt ny forbindelse mellem to kendte proteiner; en forbindelse som potentielt er helt central for musklernes insulinfølsomhed. Forskerne er nu i gang med at efterprøve en sådan årsagssammenhæng i nye forsøg på raske personer og i personer som har nedsat virkning af insulin, dvs. prædiabetes.

Studiet påviser, at det er muligt at finde sammenhænge mellem den enkelte persons ændringer i stofskiftet og de molekylære forhold i cellerne. Det giver fornyet værdi til de fantastiske fremskridt, som der er sket inden for molekylære teknikker, som tillader målinger af titusindvis af proteiner og deres modifikationer i en enkelt prøve. Dermed muliggør det potentielt identifikation af hidtil ukendte funktioner af både velbeskrevede og nyopdagede proteiner i både sygdom og sundhed.

Selvom studiet er fokuseret på insulin og fysisk aktivitet og reguleringen af sukkerstofskiftet i musklerne, så er potentialet for dette gennembrud stort og forventes at kunne overføres til andre sammenhænge og sygdomme.

Fundamentet for videreudvikling af ’personlig medicin’

Forskerne kalder den nye metode ’Personalized Phosphoproteomics’. Med metoden har de kortlagt de komplekse molekylære fosforyleringsmønstre hos de enkelte forsøgsdeltagere. Fosforylering integrerer information fra udefrakommende påvirkninger, som fysisk aktivitet og ernæring og er dermed central for finjusteringen af funktionen af og samspillet mellem de mange proteiner. Den unikke information om disse mønstre i cellerne er blevet sammenkoblet med fysiologiske data fra det enkelte individ, hvilket har gjort, at den variation i data, der før var en hindring nu udnyttes til at bibringe ny viden og potentielt kan være med til at danne fundament for videreudvikling af ’personlig medicin’.

Har vi først forstået grundlaget for, hvordan sundhed og behandling varierer dynamisk på tværs af mennesker, så kan vi i sidste ende - ved at behandle mennesker forskelligt - sikre at alle mennesker får lige adgang til sundhed.

Studiets resultater er udgivet i den videnskabelige artikel ’Personalised phosphoproteomics identifies functional signalling’ i det internationale anerkendte forskningstidsskrift ’Nature Biotechnology’.