Varför migrerar sickelcellshemoglobin (HbS) långsammare än normalt hemoglobin vid gelelektrofores?

Vid elektrofores separeras molekyler beroende på deras laddning och storlek. Sickelcellshemoglobin (HbS) skiljer sig från normalt hemoglobin (HbA) genom en mutation i beta-globingenen, som innebär att en enda aminosyra byts ut i beta-globinkedjan – glutaminsyra ersätts av valin. Denna lilla förändring får dock stora konsekvenser: den påverkar både molekylens övergripande form och dess elektriska laddning.

Från punktmutation till sickelformade celler

Valinsubstitutionen gör HbS mindre lösligt och mer benäget att polymerisera. När hemoglobinet avger sitt syre tenderar HbS-molekylerna att klumpa ihop sig till långa, styva polymerer. Dessa kan deformera de röda blodkropparna och ge dem den karakteristiska sickelform som gett sjukdomen dess namn.

Tre orsaker till den långsammare migrationen

Storlek och form

Polymeriserat HbS bildar större och mer oregelbundna strukturer än HbA. Större molekyler tar sig generellt långsammare genom gelmatrisens nätverk, och de förlängda, förvrängda polymererna hindras dessutom ytterligare i sin rörelse.

Minskad negativ laddning

Mutationen ändrar även molekylens laddningsbalans. Glutaminsyra är en negativt laddad aminosyra, medan valin är oladdad. HbS har därför en svagare netto negativ laddning än HbA. Vid hemoglobinelektrofores, som vanligen utförs i alkalisk miljö, vandrar hemoglobinmolekylerna mot den positivt laddade polen (anoden) tack vare sin negativa laddning. Eftersom HbS har färre negativa laddningar drivs det framåt med mindre kraft och vandrar därmed långsammare genom gelen.

Kraftigare interaktion med gelmatrisen

HbS-molekylerna och deras aggregat kan också interagera mer med gelmatrisen än HbA gör. Detta skapar extra friktion och motstånd mot rörelsen, vilket bromsar migrationen ännu mer.

Klinisk betydelse

Sammantaget innebär dessa faktorer att HbS vandrar kortare sträcka än HbA under samma tid och bildar ett tydligt åtskilt band i gelen. Bandmönstret kan visualiseras och användas för att identifiera och skilja mellan personer med normalt hemoglobin, bärare av sickelcellsanlaget (HbAS) samt personer med sickelcellssjukdom (HbSS). Gelelektrofores är därför fortfarande en värdefull metod vid screening och diagnostik av hemoglobinopatier.