Strona używa plików cookies więcej

Badania / Nauka

Tajemnice systemu naprawczego DNA

„Rola międzydomenowej komunikacji allosterycznej w białku Rad50 w kontroli stabilności genomu przez kompleks Mre11” to projekt, na którego realizację Narodowe Centrum Nauki przeznaczyło blisko 1,5 mln zł w ostatniej edycji konkursu OPUS. Badania prowadzone w ramach projektu mogą mieć wpływ na opracowanie nowych terapii antynowotworowych.

Głównym celem projektu jest zrozumienie działania białka Rad50 będącego integralną częścią kompleksu MRN. Białko to jest wysoce zachowanym elementem szlaku naprawy DNA, w którym funkcjonuje jako czynnik warunkujący rozpoznanie i naprawę dwuniciowych pęknięć DNA. Pęknięcia te są szczególnie niebezpieczne dla genomu, czyli zawartej w komórce informacji genetycznej. Dwuniciowe uszkodzenia DNA powstające w wyniki ekspozycji na promieniowanie czy działanie substancji genotoksycznych prowadzą m.in. do poważnych chorób, takich jak nowotwory, a także do śmierci organizmu. Zrozumienie molekularnych podstaw funkcjonowania kompleksu MRN jest nie tylko ważne ze względów czysto poznawczych. Określenie struktury oraz mechanizmów, wedle których zachodzą procesy naprawy DNA, warunkuje bowiem stabilność genomową komórki. Poznanie elementów strukturalnych decydujących o poszczególnych procesach jest ważne również ze względu na projektowanie odpowiednich terapeutyków mogących modulować działanie kompleksu MRN. Kontrola nad systemem naprawczym DNA komórek nowotworowych jest jednym z wyzwań dzisiejszej nauki.

Schemat działania kompleksu MRN w naprawie dwuniciowych pęknięć DNA
Schemat działania kompleksu MRN w naprawie dwuniciowych pęknięć DNA. Wpływ zmian strukturalnych kompleksu na wykrywanie i naprawę DNA jest przedmiotem badań uzyskanego grantu/Rys. Artur Krężel

Istotnym celem projektu jest wyjaśnienie funkcji jednej z domen (regionu białka) występującej w jego centralnej części, a oddalonej o ponad 500 Å od domeny globularnej odpowiadającej m. in. za oddziaływanie białka z kwasem DNA. Wiemy, że domena haczykowa wpływa i moduluje funkcje części globularnej białka. Niejasny jest jednak sposób owej komunikacji na tak ogromnej odległości. Przypuszcza się, że komunikacja ta zachodzi poprzez niewielkie zmiany strukturalne występujące pomiędzy tymi domenami w tzw. regionie superhelikalnym. Ze względu na ogromną odległość pomiędzy domenami oraz elastyczność regionu superhelikalnego nie ma dobrej metody eksperymentalnej pozwalającej na zarejestrowanie subtelnych zmian konformacyjnych towarzyszących owej komunikacji. W związku z tym planuje się użycie sond fluorescencyjnych, które rozpoznają określone regiony domeny superhelikalnej, łącząc się z nimi mocno i specyficznie. Użycie kilku takich sond, różniących się m.in. kolorem, pozwala na zastosowanie szerokiej gamy technik fluorescencyjnych, czułych na zmiany odległości czy konformacji białka. Oczywiście bardzo ważne jest to, by owe modyfikacje fluorescencyjne nie zmieniły pierwotnego działania kompleksu MRN. Tak przygotowane konstrukty białkowe mogą być badane w tzw. probówce jak i in vivo, w tym przypadku w drożdżach jako modelowym organizmie. Możliwość rejestracji zmian strukturalnych w białku Rad50 oraz całym kompleksie pozwoli m.in. na zbadanie wpływy obecności jednego z zachowanych ewolucyjnie aminokwasów występujących w domenie haczykowej. Mamy pewne dowody na to, że w ściśle określonych warunkach domena haczykowa może tworzyć dwie konformacje, tzw. zamkniętą i otwartą (aktywną i spoczynkową). Sprawdzimy również wpływ poszczególnych mutacji zidentyfikowanych w tym regionie białka na zmiany strukturalne i funkcjonalne. Wreszcie – dowiemy się, w jaki sposób zachodzi współdziałanie domeny globularnej i haczykowej w wyniku wiązania się ATP (paliwa komórkowego) oraz DNA czy jego przeciętych fragmentów.

Realizacja projektu wymaga sporych umiejętności oraz warsztatu badawczego. Dysponuje nim grupa Zakładu Chemii Biologicznej z Wydziału Biotechnologii UWr oraz grupa prof. Johna Petriniego z Memorial Sloan Kattering Center w Nowym Jorku, z którą współpracujemy od lat. Liczymy na to, że badania przyczynią się do szerszego zrozumienia wciąż tajemniczego pod wieloma względami systemu naprawy DNA.


Autorem tekstu jest prof. Artur Krężel (ur. 1978 r.) – profesor nauk biologicznych, specjalizuje się w biochemii i biofizyce metalobiałek. Jest absolwentem chemii ogólnej (2000 r.) na UWr. Pracę doktorską pt. Właściwości kwasowo-zasadowe, koordynacyjne i strukturalne glutationu oraz jego pochodnych, wykonaną pod kierunkiem prof. Wojciecha Bala, obronił z wyróżnieniem w 2004 r. W latach 2004–2007 odbył staż podoktorski na University of Texas in Galveston gdzie wspólnie z prof. Wolfgangiem Maretem zajmował się molekularnym podłożem homeostazy cynkowej w komórkach eukariotycznych. Do najważniejszych sukcesów prof. Krężla uzyskanych podczas stażu w Galveston zliczyć należy odkrycie komórkowego buforowania cynkowego oraz opis roli metalotionein w tym procesie. Po powrocie ze stażu w 2007 r. rozpoczął pracę jako adiunkt na Wydziale Biotechnologii UWr. W 2011 r. uzyskał stopień doktora habilitowanego nauk biologicznych za osiągnięcie naukowe pt. Jony metali przejściowych w układach biologicznych: homeostaza oraz zastosowanie w biotechnologii. Praca ta została nagrodzona przez Prezesa Rady Ministrów. W 2012 r. został powołany na kierownika Pracowni Chemii Biologicznej, a w 2016 na kierownika Zakładu Chemii Biologicznej. Stopień profesora nadzwyczajnego uzyskał w roku 2015. Tytuł profesora przyznał mu Prezydent RP w październiku 2016 r. jako jednemu z najmłodszych w Polsce profesorów nauk biologicznych (38 lat).

Profesor Krężel jest stypendystą Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego oraz Akademii Europea. Za swoje osiągnięcia naukowe został uhonorowany w 2010 r. nagrodą magazynu „Polityka”, a w 2011 nagrodą Wiktora Kemuli Polskiego Towarzystwa Chemicznego. Poza długoterminowym stażem w Teksasie odbył również krótsze w Louvain-la-Neuve w Belgii, University of Ioannina w Grecji, Memorial Sloan Kettering Cancer Center w Nowym Jorku czy King’s College London. Jest współautorem 70 publikacji naukowych i rozdziałów książkowych. Specjalizuje się w badaniach oddziaływań jonów metali, głównie cynku, z białkami uczestniczącymi w komórkowej homeostazie tego metalu oraz w oddziaływaniach z kwasami nukleinowymi. Poza tym projektuje liczne sondy fluorescencyjne do selektywnej modyfikacji białek, rozwija metody bioanalityczne i biofizyczne. Dzięki szerokiemu doświadczeniu badawczemu stworzył na Wydziale Biotechnologii międzyobszarową grupę badawczą z pogranicza biologii, fizyki i chemii. Wyniki badań publikował w renomowanych czasopismach takich jak „Molecular Cell, Neuron, Nature Structural and Molecular Biology”, „Scientific Reports”, „JACS”, „Angewandte Chemie”, „Chemical Communications” i wielu innych, które cytowane były dotychczas ponad 2300 razy (IH 26). Kierował trzynastoma projektami badawczymi.


Fot. (główne, u góry strony) Caroline Davis2010/Flickr/CC BY 2.0

Dodane przez: Artur Krężel

14 Lut 2017

ostatnia modyfikacja: 9 Mar 2017