Wilhelmssons forskargrupp

De fluorescerande basanalogerna (se gruppens översiktsartiklar i QRB 2010 Fluorescent nucleic acid base analogues, och BJOC2018 Fluorescent nucleobase analogues for base–base FRET in nucleic acids: synthesis, photophysics and applications) har molekylära egenskaper som gör att de passar in i den naturliga strukturen hos DNA och RNA (Figur 1).  

Detta gör det möjligt att studera livsviktiga cellulära processer, såsom replikation, transkription och translation, på en mycket detaljerad nivå. Basanalogerna kan även användas för studier om upptag av RNA-läkemedel i celler. Grundläggande kunskap inom dessa områden är avgörande för att förstå hur cellulära processer fungerar, vilka fel som kan uppstå och hur dessa kan leda till sjukdom.

Upptag av RNA-läkemedel i celler

Ett av vår forsknings fokusområden är att förstå och förbättra leverans och funktion hos RNA-läkemedel i levande celler. Genom att utveckla avancerande fluorescerande basanaloger och metoder för att studera dem kan vi se hur RNA-baserade läkemedel tas upp, transporteras i cellen och hur cellen svarar på behandlingen i realtid (Figur 2). 

Detta gör det möjligt att identifiera viktiga biologiska barriärer. Med denna kunskap kan vi utveckla strategier som förbättrar upptaget av RNA-läkemedel i cellerna samt deras stabilitet och effektivitet. 

I samarbete med Margaret Holme och Fredrik Höök undersöker vi också på vilket sätt som RNA packas i lipidnanopartiklar (LNPer). 

Målet med vår forskning är att öka takten på utvecklingen av nästa generations RNA-läkemedel med högre precision och bättre terapeutisk effekt. 

Metabol fluorescensmärkning av RNA

Vår grupp utvecklar innovativa strategier för metabol fluorescensmärkning för att visualisera och studera RNA i levande celler med hög precision, utan att genetiskt modifiera cellerna. Genom att tillföra specialdesignade fluorescerande nukleotidanaloger får vi starkt lysande och fotostabila markörer som inkorporeras direkt i nysyntetiserade RNA-molekyler (Figur 3).  

Detta gör det möjligt att följa RNA-produktion och lokalisering i realtid utan att störa cellens naturliga funktioner. Vårt mål är att få djupare kunskap om grundläggande principer inom RNA-biologi, samt att utveckla kraftfulla verktyg för både grundforskning och utveckling av RNA-baserade läkemedel. 

FRET för studier av nukleinsyrors konformation och konformationsändringar vid interaktion med proteiner eller läkemedel

Vår grupp använder Förster Resonance Energy Transfer (FRET) för att undersöka nukleinsyrors konformation och hur deras strukturer förändras vid interaktion med proteiner, små molekyler eller läkemedel. Genom att designa specifika fluorescerande donor-acceptor-prober för nukleinsyror, som vi benämner interbas-FRET-prober, kan vi mäta avståndsförändringar på subnanometerskala och följa strukturella förändringar i realtid (Figur 4).

Detta gör det möjligt att kartlägga mekanismer, identifiera konformationsförändringar, och få insikt på molekylär nivå i hur nukleinsyrorna svarar på biologiska interaktionspartners och läkemedelskandidater. 

Studier med optical tweezers

Gruppen utvecklar även nanoteknologiska metoder för RNA och DNA där vi använder så kallade optical tweezers (optiska pincetter) för att studera struktur och dynamik hos korta DNA- och RNA-molekyler. 
Vi är särskilt intresserade av de krafter som styr två- och tredimensionella strukturer i DNA och RNA, samt av molekylernas interaktioner med ligander och proteiner. 

I samarbete med Fredrik Westerlund använder vi DNA- och RNA-basanaloger utvecklade av oss för att lokalt modifiera stabiliteten och strukturen hos det studerade systemet (figur 5). 

Flera av de fluorescerande molekylerna i sin fosforamiditform, som gruppen har utvecklat, distribueras genom det amerikanska företaget GlenResearch Corp. Deras trifosfatform distribueras av Jena Biosciences i samarbete med LanteRNA (ett företag grundat av flera gruppmedlemmar).

Publikationer

Du hittar våra vetenskapliga publikationer här: ‪L. Marcus Wilhelmsson‬ - ‪Google Scholar‬‬‬‬‬‬‬‬‬

Samarbetspartners och kollegor utanför Chalmers

• Prof. Morten Grøtli, Göteborgs universitet
• Prof. Tom Brown, Oxford University
• Prof. Yitzhak Tor, UCSD
• Prof. Steven Magennis, University of Glasgow
• Prof. Anita Jones, University of Edinburgh
• AstraZeneca: R&D, Gothenburg – Drs. Anders Dahlén and Malin Lemurell