C3-proteinet er centralt i mange sygdomsmekanismer, og de nye resultater fra Aarhus Universitet har derfor allerede ført til samarbejder, der udnytter den nye viden fra forskergruppen. En del af vores immunforsvar, som er impliceret i mange sygdomme, kaldes komplementsystemet. Dette er en såkaldt kaskade, som ved aktivering leder til betændelse og til markering af fremmede organismer, så de kan elimineres af vores immunceller. Det centrale protein i kaskaden kaldes C3, og det er et af de proteiner, vi har allermest af i blodet – op mod 1,5 g/L.

Der er flere måder, hvorpå C3 kan aktiveres, men den dårligst forståede aktiveringsvej involverer en spontan reaktion mellem C3 og et vandmolekyle, som resulterer i en omlejring af C3. Da forskningsprojektet startede, pegede den tilgængelige viden på, at en del af C3 proteinet skal trækkes igennem en meget snæver kanal, når C3 reagerer med vand. Dette svarer til en snor med en prop, der skal igennem en åbning, der er meget mindre end proppen. I andre aktiveringsveje vil et enzym klippe proppen af C3, så snoren let kan komme igennem, men det sker ikke for C3 under reaktionen med vand.

I 2021 begyndte ph.d. studerende Trine Gadeberg under vejledning af Professor Gregers Rom Andersen på Institut for Molekylærbiologi og Genetik at undersøge, hvordan dette kunne lade sig gøre ved at bruge elektronmikroskopi. Trine brugte et trick, hvor man i laboratoriet bruger methylamin (MA), der langt hurtigere end vand fører til den samme omlejring af C3 som vand, og produktet benævnes derfor C3MA. Det lykkedes hurtigt for Trine at bestemme den tredimensionelle struktur af C3MA, hvilket bekræftede, at proppen var blevet trukket igennem den snævre kanal. Dette gjorde dog blot spørgsmålet om, hvordan det kunne lade sig gøre, endnu mere brændende.

Forskerne opstillede nu to modeller, der kunne forklare prop-gennem-åbning paradokset: Enten bliver proppen deformeret, så den kan komme igennem åbningen, eller også bliver åbningen meget større. For at undersøge om proppen blev deformeret, fulgte postdoc Ana de Almeida den samme reaktion med en speciel UV-stråling leveret af synkrotronen ASTRID2, som ligger under Institut for Fysik og Astronomi på Aarhus Universitet. Sammen med andre typer af data viste Anas målinger, at formen på proppen forbliver intakt, når C3 omdannes til produktet C3MA.

Man har længe vidst, at der eksisterer et mellemstadie mellem C3 og C3MA kaldet C3*. Dette stadie er stabilt nok til at blive undersøgt, selvom C3* over få dage omdannes til C3MA. Med Trines tidligere succes med elektronmikroskopi i baghovedet, gik ph.d. studerende Martin Jørgensen i kast med at undersøge C3*. Martin forklarer ”Det viste sig at være noget af en udfordring, da C3* er et ”gummi” molekyle, som antager mange forskellige tredimensionelle former.” Efter nogle måneders analyse blev det tydeligt for Martin, at en lille del af C3, der danner den snævre kanal, er meget bevægelig i C3*-mellemstadiet, selv om denne del ellers sidder stabilt fast i både C3 og C3MA.

Forskerne gik nu på jagt i deres fryser og fandt et molekyle, der binder til den bevægelige del af C3. Martin og Ana antog, at dette molekyle kunne bremse dannelse af C3MA, og præcis sådan en nedbremsning observerede de med flere forskellige teknikker. Med den nye viden passer puslespilsbrikkerne endelig sammen: Proppen kan passere igennem en åbning, som ingen indtil nu har observeret eller forudsagt, og som kun findes i C3*.

Arbejdet er publiceret i tidsskriftet Nature Structural and Molecular Biology:

Forskningsartiklen

Cryo-EM Analysis of Complement C3 Reveals a Reversible Major Opening of the Macroglobulin Ring. Gadeberg, Trine Amalie Fogh, et al. Nature Structural & Molecular Biology, 2025, https://doi.org/10.1038/s41594-024-01467-4.

_________________________________________

Supplementary information

We strive to ensure that all our articles live up to the Danish universities' principles for good research communication. Against this background, the article is supplemented with the following information:

Study type:
Research article

External funding:

This work was supported by Lundbeck Foundation BRAINSTRUC center (R155-2015-2666, to G.R.A. and B.B.K.), the Novo Nordisk Foundation (NNF18OC0052105 and NNF20OC0065238, to G.R.A., NNF18OC0032724 BIO-MS to J.J.E. and NNF18OC0033926 to B.B.K.) and the Danish Council for Independent Research (10.46540/2032-00111B to J.J.E.).

Conflict of interest:

G.R.A., H.P. and R.K.J. are inventors on patents describing the hC3Nb2 nanobody and the EWEµH fusion protein. H.G.O. is co-founder of Commit Biologics, which has licensed these patents. The remaining authors declare no competing interests.

_______________________________________

For further information, please contact

Professor Gregers Rom Andersen gra@mbg.au.dk 

Department of Molecular Biology and Genetics, Aarhus University, Denmark