Malaria, diabetes och metabolt syndrom: Studier av den dubbla sjukdomsbördan

Malaria utgör fortfarande en stor utmaning för global hälsa. Att identifiera riskfaktorer för svår sjukdom är en viktig del i förebyggandet av malariarelaterad dödlighet. Välfärdssjukdomar såsom diabetes och fetma har ökat kraftigt även i malariaområden. Hur dessa tillstånd påverkar immunitet och sjukdomsförlopp av malaria är inte klarlagt. Vi har nyligen visat att både diabetes, obesitas och metabolt syndrom är associerat med allvarlig malaria bland patienter vårdade i Sverige. Det är dock okänt om risken för allvarlig malaria är ökad i endemiska områden där de flesta vuxna utvecklat viss immunitet. Kamerun är ett av de 10 länder i Afrika som står för merparten av världens malariafall samtidigt som förekomsten av diabetes och övervikt är hög. Tillsammans med kliniker och forskare i Kamerun har jag initierat ett projekt där vi med fyra studier på tre olika sjukhusbaserade kohorter undersöker hur den ökande bördan av diabetes och övervikt påverkar risken för allvarlig sjukdom, bärarskap och immunitet mot malaria. Det övergripande syftet är att undersöka samband mellan välfärdssjukdomar och malaria, eftersom studier som belyser detta saknas, men även att hitta biologiska förklaringsmodeller för att bidra till ökad förståelse om hur diabetes och övervikt påverkar infektioner. Vi tror att projektet kommer generera resultat som är viktiga ur ett globalt hälsoperspektiv och kan bidra till förbättrad handläggning och kliniska utfall för patienter med både malaria och diabetes.

Spatial multiomics av kärnmetabolism i genreglering

Kolorektalcancer är den tredje vanligaste cancerformen i Sverige med 6900 nya fall varje år. Utan tidig diagnos kan metastaser uppstå där celler från primärtumören sprids till andra delar av kroppen, en avgörande aspekt som bidrar till de flesta cancerrelaterade dödsfall. Under denna process kräver de snabbt delande och migrerande cancercellerna en stor mängd energi och cellulära byggstenar. De enzymer som producerar dessa byggstenar finns vanligtvis i mitokondrier eller i cellens cytoplasma, varifrån byggstenarna sprids genom cellen. När cancerceller växer och migrerar behövs många av cellens byggstenar i kärnan där RNA transkriberas från DNA för att bilda proteiner för cellens funktion. Metaboliska enzymer kan flytta till kärnan och direkt tillhandahålla byggstenar där det behövs. De kan därigenom reglera vilka gener som transkriberas, vilket ger en koppling mellan cellmiljö och genreglering. Detta projekt syftar till att undersöka vilka metaboliska enzymer som flyttar till cellkärnan i kolorektalcancer och hur dessa enzymer bidrar till genreglering och cellens metastaserande fenotyp. Jag kommer att kombinera proteomiska och genomiska metoder för att avslöja de mekanismer genom vilka de metaboliska enzymerna reglerar cancercellers överlevnad. Huvudmålet är att identifiera potentiella terapeutiska mål för att stoppa cancercellsdelning och migration och förhoppningsvis kunna förhindra cancercellers överlevnad och metastaser i framtiden.

Spridning av blodcancerceller till centrala nervsystemet hos barn med akut leukemi

Akut lymfatisk leukemi (ALL) är en typ av blodcancer som innebär att det sker en överproduktion av omogna immunceller. ALL är den vanligaste cancerformen hos barn. En allvarlig komplikation vid ALL är när leukemiceller kommer in i det centrala nervsystemet (CNS). Detta kan leda till att friska nervceller påverkas och kan ge neurologiska symtom. Det verkar dessutom vara så att de leukemiceller som finns i CNS är svårare att påverka med behandling och patienter med CNS-leukemi har idag en sämre chans till bot. 

I detta projekt är syftet att studera leukemiceller som har spridit sig till CNS genom att analysera ryggmärgsvätska hos barn med ALL. Cellerna kommer att isoleras från ryggmärgsvätskan och förberedas för en metod som kallas enkelcellsanalys. Denna metod kommer att tillåta insamling av genetisk information från leukemiceller om vilket cellulärt maskineri som möjliggör spridning till CNS och hur de kan överleva behandling. Vi kommer också att analysera ryggmärgsvätskan för att söka efter proteiner som skulle kunna användas för att upptäcka spridning av leukemi till CNS. Tanken är att integrera data som genereras från detta projekt med kliniska patientdata för att bättre förstå bakgrunden till spridning av leukemi till CNS. Förhoppningen är att detta både ska kunna leda till bättre metoder för att diagnosticera CNS leukemi och bidra till förbättrad behandling för denna patientgrupp, som idag trots mycket intensiv behandling riskerar att dö av sin sjukdom.

Broskceller som nytt behandlingsmål vid ledgångsreumatism

Ledgångsreumatism, eller Reumatoid artrit (RA), är en av de vanligaste autoimmuna sjukdomarna i världen. Ett viktigt kännetecken för RA är att ledbrosket förstörs. Brosk är en slät och gummiaktig vävnad som täcker benändarna i våra leder. Dess funktion är att minska friktionen mellan lederna och fungerar som en stötdämpare, vilket underlättar vår rörelse. När brosket förstörs leder det till kronisk ledsmärta, funktionsbegränsningar och en allmänt försämrad livskvalité.

Trots stora framsteg i behandlingen av RA så är det tyvärr fortfarande många patienter som inte blir hjälpta av dagens behandling. Det finns därför ett stort behov av att hitta nya behandlingsmetoder som kan hjälpa fler patienter. För att lyckas detta är det viktigt att vi förbättra vår förståelse för de sjukdomsmekanismer som bidrar till utvecklingen av RA. 

En av mekanismer som spelar en roll vid RA är den så kallade signalvägen för epidermal tillväxtfaktorreceptor (EGFR). Den aktiveras så snart ett specifikt protein, i detta fall amfiregulin (AREG), binder till den. Höga nivåer av AREG har identifierats i leder hos patienter med RA, men dess roll i sjukdomsförloppet är inte kartlagd. Med min preliminära data kan jag visa att broskcellerna producerar mer broskförstörande enzymer när de exponeras för AREG. Därför vill jag nu kartlägga hur denna signalväg påverkar uppkomsten och utvecklingen av RA. Att förstå dessa processer kommer att leda till nya och bättre behandlingsmetoder för patienter med RA.

Insikt i uppkomsten av mänskliga oligodendrocyter för att förstå MS-sjukdomens patofysiologi samt remyelinisering

Multipel skleros (MS) är en neurologisk sjukdom som uppkommer när det myelin som skyddar nervcellerna och låter dem kommunicera med varandra skadas (demyelinisering). Myelin skapas av celler som kallas oligodendrocyter (OLer) och under MS-förloppet misslyckas de samt den omogna formen oligodendrocytprekursorceller (OPCer) att producera myelin (remyelinisering). Remyelineringsterapier kan potentiellt tillämpas i behandlingen av MS men baseras mestadels på resultat från djurstudier som delvis återspeglar mänsklig MS-sjukdom. En djup förståelse av mekanismerna som styr den mänskliga OL-uppkomsten är viktig för att effektivt utveckla framgångsrika remyeliniseringsterapier. Tidigare studier har identifierat flera proteiner (transkriptionsfaktorer) som kan vara fundamentala för att reglera uppkomsten av OLer samt OPCer. I detta projekt kommer jag att undersöka diverse transkriptionsfaktorers roll i moduleringen av den mänskliga OL-uppkomsten samt aktivera eller inaktivera dessa faktorer och värdera dess genetiska funktion och inflytande på cellulär nivå i både mogna OLer samt OPCers bildning, differentiering och mognad till myeliniserande OLs. Jag kommer sedan att undersöka hur dessa faktorer reglerar remyelinisering i en demyeliniserande musmodell av MS på encellsnivå över tid. Tillsammans kommer detta att ge en bred insikt i mänsklig myelinisering och hjälpa till att utveckla nya remyeliniseringsstrategier för behandling av MS.

Virus-, vävnads- och T-cellreceptorspecifika avtryck på klontypiska CD8+ T-celler genom hela människokroppen

Genom hela våra liv stöter vi på en mångfald olika virus och står inför talrika infektioner som utmanar vårt immunsystem. Detta är en mycket komplex uppgift eftersom våra immunceller måste anpassa sig kontinuerligt till nya situationer. Virus är olika, tränger in i människokroppen på olika sätt, infekterar olika delar av kroppen och har utvecklat olika strategier för att undkomma vårt immunförsvar.

Avgörande för vårt försvar mot virus är cytotoxiska eller ’killer’ T-celler, en typ av adaptiv immuncell. Dessa celler färdas genom kroppen för att söka efter en virusinkräktare, eliminera den och därefter minnas den för livet, vilket bildar det så kallade immunologiska minnet. Mycket av denna immunaktivitet äger rum i olika vävnader och organ genom hela människokroppen, ändå har vi endast begränsad information om hur T-celler anpassar sig och fungerar som svar på olika virus i olika vävnader. Dock kan en korrekt förståelse av detta hjälpa oss att utveckla bättre antivirala terapier och vaccinationsstrategier.

I detta projekt kommer jag att använda en uppsättning avancerade bioteknologiska metoder för att identifiera och undersöka killer T-celler specifika för 25 olika virus i olika mänskliga vävnader och blod. Denna forskning är möjlig genom donationer från friska, men tyvärr avlidna, personer som deltar i ett unikt program i hela Europa, genomfört av Karolinska Institutet och Universitetssjukhuset i samarbete med det regionala donationscentret.

CRISPR-medierad sökning av gener involverade i resistens mot behandling av immunkontrollpunktsblockering

Immune checkpoint blockade (ICB) var en banbrytande behandlingsmetod för cancerpatienter, en upptäckt som tilldelades nobelpriset år 2018. Denna behandling hjälper T-cellerna i vårt immunsystem att döda cancerceller mer effektivt igenom att ta bort bromsarna på immunsystemet och med denna ökade aggression döda cancern. Många cancerformer utvecklar en resistens mot ICB, men exakt med vilka gener som är involverade är inte helt känt. I denna studie vill vi utreda hur cancerformer blir resistenta mot ICB och förhoppningsvis kunna identifiera nya avenyer för behandling som kan övervinna cancerns motståndskraft mot dagens terapier. Projektets fokus kommer att ligga på trippelnegativ bröstcancer. För att förstå hur dessa cancerceller utvecklar resistens mot behandlingar måste vi leta efter eventuella förändringar i dessa cancercellers gener som kan hjälpa cancercellerna att fly från immunsystemet. Vi kommer att göra detta med en teknik som kallas ”CRISPR screen” som kan visa vilka gener som förändras i cancercellerna som motstår behandling jämfört med cancercellerna som dödas av behandlingen. De mutationerna som skyddar cancercellerna från att dödas av T-celler leder till att specifika gener ändras. När vi väl vet vilka gener som förändras kan dessa bli bra mål för framtida läkemedel som kan återföra T-cellernas kapacitet att döda cancern. Med detta projekt kan vi säkerställa att nuvarande effektiva terapier, förblir effektiva även för svårbehandlade cancerpatienter.

Identifiering av nya kretsar som ligger bakom ångeststörningar

Psykiska störningar står för 30% av den globala sjukdomsbördan, bland dessa har ångeststörningar den högsta andelen och representerar en grupp sjukdomar som har överdriven rädsla och ångest som sina centrala symtom. Fokus för vår undersökning är hjärnregionen periaqueductal gray matter (dPAG), som är känd för att bearbeta rädslosignaler. Tidigare studier har visat att dPAG modulerar försvarsreaktioner genom överföring av γ-aminosmörsyra (GABA). I enlighet med detta är farmakologiska behandlingsalternativ för ångeststörningar inriktade på GABAergiska hämmande kopplingar. 

Vår metod undersöker könsskillnader vid ångestsyndrom. Kvinnor är, på grund av hormonella fluktuationer, mer benägna att drabbas av ångest. Vi undersöker hur kvinnliga och manliga hjärnkretsar reagerar olika på stress och söker insikter som kan skräddarsy behandlingar mer effektivt. Vi använder banbrytande teknik som helt optisk spänningsavbildning för att observera aktiviteten hos tusentals enskilda nervceller. Genom att jämföra hjärnkretsarna hos kontrollmöss med dem där vi framkallat ångest vill vi identifiera de specifika nervceller som är ansvariga för obalansen och därmed bidra till utvecklingen av målinriktade terapier. Genom att fastställa vilka specifika neuroner och kretsar som är inblandade öppnar vi dörrar för att utforma läkemedel som är exakt inriktade på grundorsakerna, vilket leder till mer effektiva och skräddarsydda behandlingar.

Effektiv in vivo gen-knock-in för redigering av blodbildande stamceller för att bota X-kromosombunden agammaglobulinemi (Brutons sjukdom)

I det här projektet kommer jag geneditera (ändra på DNA med hjälp av enzymet Cas9) de blodbildande (hematopoetiska) stamcellerna (BSC) för att bota genetiska sjukdomar som drabbar immunförsvaret. Mitt mål är att utveckla en metod för att effektivt geneditera BSCs för att bota sjukdomen X-linked agammaglobulinemia (XLA). XLA orsakas av mutationer i proteinet BTK som leder till att patienterna helt saknar B-celler och således antikroppar, vilket gör dem infektionskänsliga. På Karolinska har man redan skördat BSCs från XLA patienter som kommer användas för att säkerställa att min metod fungerar i patientspecifika celler. Jag ämnar utveckla nya nanopartiklar som är skräddarsydda för leverans av genediteringskomponenterna till BSCs. Slutmålet är att kunna leverera genediteringsmaskineriet direkt till BSCs och utföra genredigering för att återställa den muterade genens funktion som därefter kan bilda ett friskt immunförsvar. De nya nanopartiklarna kommer laddas med alla nödvändiga komponenter för att leverera en frisk gen till cellerna som placeras på exakt rätt ställe i arvsmassan, så att genen uttrycks på rätt sätt. Metoden har potential att utvecklas vidare så att den också kan appliceras på andra sjukdomar som drabbar BSCs och immunförsvaret.

Ökad nedbrytning av kopplingar mellan hjärnceller vid schizofreni – kombinerade experimentella och kliniska studier för att identifiera nya målstrukturer för läkemedel

Schizofreni är en psykossjukdom som oftast leder till betydande konsekvenser för den drabbade och samhället i stort. Nya storskalig genetiska studier har identifierat en rad genetiska faktorer som ökar risken för schizofreni. Dessa har givit mekanistiska ledtrådar som talar för en ökad eliminering av kopplingar mellan hjärncellerna i ett tidigt skede av sjukdomen. Vi har dock ännu inte detaljerat kunnat kartlägga de molekylära händelser som driver förloppet och till stor del beror detta på att vi fortsatt saknar humana sjukdomsmodeller som kan adressera dessa komplexa mekanismer. Detta har hindrat utvecklingen av nya riktade läkemedel som skulle kunna hindra dessa processer i ett tidigt skede av sjukdomen. I denna forskningsstudie använder vi oss av en ny hjärnorganoid – en tredimensionell modell av den tidiga hjärnan baserad på omprogrammerade hudceller från patienter – och genomför en detaljerad kartläggning av hur enskilda celler och molekylära processer bidrar till ökad eliminering av kopplingar mellan hjärncellerna i de modeller som baseras på celler från patienter med schizofreni. För att sedan försäkra oss om att de identifierade mekanismerna speglar processer som sker i den verkliga hjärnan så genomför vi mätningar i ryggmärgsvätska från de individer som bidragit med celler till våra modeller. På så sätt kan vi studera hur modellerna överensstämmer med processer i hjärnan och selektera ut mekanismer som är kliniskt relevanta att angripa med nya riktade läkemedel.

Foto: Rafel Motta: Flying Pig Studio