Human Protein Atlas – kartläggningen av människans proteiner
Human Protein Atlas – kartläggningen av människans proteiner
Human Protein Atlas består av tre olika delar – en normalvävnadsatlas, en cellatlas och en patologiatlas – och innehåller data från mer än 26 000 antikroppar riktade mot 17 000 unika proteiner. När den senaste delen, patologiatlasen, presenterades hösten 2017 sågs den som en unik satsning som innebär att drömmen om individbaserad cancerbehandling tar ett stort steg framåt. Här beskriver professor Fredrik Pontén arbetet med kartläggningen och de framgångsfaktorer som fått det gigantiska projektet att fungera så friktionsfritt och bli en av världens mest använda biomedicinska kunskapsbaser.
Human Protein Atlas (HPA) – projektet för att kartlägga människans alla proteiner – startade 2003. Målet för HPA var att kartlägga människans alla proteiner. Bakgrunden och en förutsättning för proteinatlasprojektet var att det mänskliga genomet kartlagts bara ett par år tidigare (2001). Efter att kartan över våra gener publicerats blev det ett naturligt nästa steg att ta reda på vilka proteiner våra gener kodar för och var dessa uttrycks. Innan själva projektet startade och fick finansiering gjorde vi ett begränsat “Chromosome 21 project” och när vi såg att den tillgängliga gensekvensen gick att använda som templat för att göra rekombinanta proteiner som sedan kunde användas som antigen för framställning av specifika antikroppar, förstod vi att detta kunde skalas upp för att kartlägga alla våra proteiner. Lyckligtvis förstod även insatta personer på Knut och Alice Wallenbergs (KAW) forskningsstiftelse också detta och såg en stor potential i att Sverige kunde vara med och leda den framtida kartläggningen av människans proteiner. Vi kallade denna strategi för antikroppsbaserad proteomik1. The Human Protein Atlas-projektet möjliggjordes genom ett mycket stort anslag från KAW till professor Mathias Uhlén.
KARTA SOM VILAR PÅ TRE DELAR
Den vision som låg bakom proteinatlasprojektet var att skapa en karta över människans alla proteiner. Den metod vi utvecklade var att generera specifika antikroppar mot alla mänskliga proteiner och sedan använda dessa för att karakterisera motsvarande proteiner. Senare tillkom även målet att använda både antikroppar och de data vi fått fram genom kartläggningen till att försöka utveckla cancerbiomarkörer. När det gällde själva proteinkartan vilar den idag på tre olika delar:1) hur uttrycks våra gener och motsvarande proteiner i normala organ och vävnader, 2) var i cellen uttrycks våra proteiner och 3) hur uttrycks våra gener i cancer och hur relaterar detta till patientöverlevnad. För att kunna skapa förutsättningar för storskalig tillverkning av funktionella antikroppar och för att kunna använda dessa till att immunfärga vävnaderoch celler, satte vi upp en ”Fordfabriksliknande” modell. Vi definierade olika moduler (Figur 1) och bestämde vad varje modul månadsvis skulle leverera till nästa modul. För att hålla ihop projektets olika delar byggde vi ett gen-baserat LIMS-system där resultaten från de olika delarna kunde sammanställas och där data kunde extraheras för publicering på nätet. Processen för varje protein initierades i en uppströms bioinfomatik-modul. Här selekterades unika aminosyresekvenser från varje proteinkodande gen för att kunna tillverka ett unikt rekombinant proteinfragment för att representera varje enskilt protein. Dessa proteinfragment användes sedan för immunisering och affinitetsrening av antisera så att vi i slutänden fick protein-specifika polyklonala affinitetsrenade antikroppar. Dessa antikroppar testas på proteinarrayer för specifik bindning till korrekt antigen och godkänns då för vidare testning i Western blot, immunhistokemi och immunfluorescens.
