Fredrik Westerlund

ERC-anslag för ny metod att studera DNA-reparation

​Hur lagas trasigt DNA och varför går det ibland fel? Fredrik Westerlund, biträdande professor i kemisk biologi, får det prestigefyllda forskningsanslaget ERC Consolidator för att undersöka dessa mekanismer med hjälp av nanoteknik.
​Fredrik Westerlund, på institutionen för biologi och bioteknik, är en av två chalmersforskare som tilldelas det prestigefyllda anslaget ERC Consolidator för sitt projekt ”Next Generation Nanofluidics for Single Molecule Analysis of DNA Repair Dynamics” (nanoDNArepair). ERC-anslagen delas ut varje år av Europeiska forskningsrådet till de mest framstående forskarna i Europa. Fredrik Westerlund får två miljoner euro för ett projekt som ska löpa under fem år.

Forskning med stor relevans
− Det är fantastiskt roligt att få detta anslag. Det är ett bevis på att min forskning har stor relevans och att den kan göra skillnad. Detta kommer också öppna många dörrar för samarbeten, vilket kan göra forskningen och resultaten ännu bättre, säger Fredrik Westerlund. 

Interaktioner mellan DNA och protein
Projektet består av två delar, där den ena delen är metodutveckling för att följa interaktioner mellan DNA och proteiner − med fokus på vad som händer i ändarna av DNAt.
− Vi vill se hur proteiner och DNA växelverkar och vill kunna titta på hur ett protein i taget, eller en liten grupp av proteiner, interagerar med DNA-molekylerna. Det är ju så de flesta processer sker i våra celler, säger Fredrik Westerlund.

Ny metod baserad på nanofluidik
Den nya metoden baseras på nanofluidik där man studerar enstaka DNA-molekyler i nanokanaler, tunna glasrör, med hjälp av fluorescensmikroskopi. I nanokanalerna tvingas DNA-molekylerna, som i fri lösning veckar ihop sig som garnnystan, att sträcka ut sig.

− Andra metoder för studier av enskilda DNA-molekyler innebär att man måste hålla fast dem i ändarna. Då har man ingen möjlighet att undersöka vad som händer just där. Ändarna är dock högst relevanta att studera, inte minst när det gäller reparation av DNA. I våra nanokanaler ligger DNA-molekylen fritt och kan undersökas i sin helhet. Nu ska vi hitta vägar att även tillsätta proteiner till DNA i nanokanalerna för att se hur de interagerar med DNA i realtid, säger Fredrik Westerlund.  

Intresserad av mekanismer bakom DNA-reparation
I den biokemiska delen av projektet är man specifikt intresserad av mekanismerna för hur trasigt DNA lagas. DNAt i våra celler kan gå av helt − en process som sker naturligt, men också vid behandling med till exempel strålning och cytostatika. I cellerna finns därför proteinsystem som lagar brotten − men processen kan gå fel.

Ett trasigt eller felaktigt lagat DNA kan innebära att information som DNAt bär på förloras eller ändras och att cellen inte fungerar som den ska. Detta kan leda till att cellen dör, men också − om två ändar av DNA som inte hör ihop länkas samman − felaktig genetisk information. Det kan i sin tur vara en underliggande orsak till sjukdomar, som till exempel cancer.

Projektet kan leda till bättre behandlingar
Fredrik Westerlunds forskning kommer att riktas mot en av två mekanismer för reparation av DNA-brott − så kallad Non-Homologous End-Joining (NHEJ). Vid denna process lagas ett brott i DNA utan att ha någon kopia att utgå ifrån och vilka lösa ändar som helst kan sättas ihop. Det är en vanlig metod som finns i alla livsformer, men det är mycket som kan gå fel.

Förutom att bidra till en allmänt ökad kunskap om dessa mekanismer kan forskningen i projektet nanoDNArepair i det långa loppet leda till medicinska framsteg, till exempel bättre behandling av cancer eller bakterieinfektioner.

Vill stänga av NHEJ i tumörceller
− Även om det här är ett grundvetenskapligt projekt kan resultaten så småningom få tillämpad användning. Cytostatika och strålning vid behandling av cancer går ut på att ha sönder DNA i tumörcellerna. NHEJ kämpar hela tiden emot det och lagar det DNA som har förstörts. Skulle man kunna ”stänga av” NHEJ i tumörcellerna skulle man kunna använda en mindre mängd cytostatika eller strålning, vilket skulle ge mindre bieffekter i övriga celler, säger Fredrik Westerlund.

Antibiotika riktad mot NHEJ
I bakterier skulle nya sorters antibiotika kunna riktas mot systemen för NHEJ. Till exempel har studier visat att latent tuberkulos är beroende av ett fungerande NHEJ-system för att kunna lagras i kroppen under en lång period. 

Vill visa på bredden på nanofluidik
− Det är väldigt inspirerande att få leda ett så här stort projekt som är baserat både på utveckling av ny teknik och att sedan använda tekniken för att svara viktiga frågor inom biofysik och biokemi. Vi är en av få grupper i världen som använder nanofluidik på det här sättet, så jag är glad att ERC ser samma möjlighet med metoden som jag gör. En viktig del av projektet för mig kommer att vara att visa på bredden av metoden så att den får användning i andra forskningsområden än för reparation av DNA, säger Fredrik Westerlund.

FAKTA: Nanofluidik
  • Nanofluidik är ett forskningsfält som möjliggjorts av utvecklandet av metoder och maskiner för att tillverka väldigt små saker, där den drivande kraften i detta har varit byggandet av små transistorer för datorer, men där tillverkningsmetoderna har funnit användning också inom andra forskningsfält.
  • I bio-nanofluidiksfältet tillverkas kanaler som är storleksordningen 100 nm i höjd och bredd där sedan biomolekyler kan ”stängas in”. För stora DNA-molekyler leder detta till att de måste sträcka ut sig för att få plats.
  • Nanofluidik används väldigt brett för DNA-analys, hela vägen från genetik till de fundamentala forskningsfrågor som behandlas i nanoDNArepair.

Förutom Fredrik Westerlund tilldelas Åsa Haglund, på institutionen för mikroteknologi ich nanovetenskap, också ett Consolidator Grant från ERC.

Text: Susanne Nilsson Lindh
Foto: Johan Bodell

Publicerad: ti 10 dec 2019.