MAPA POLSKIEJ BIOCHEMII Zakład Biologii Molekularnej Instytutu
Transkrypt
MAPA POLSKIEJ BIOCHEMII Zakład Biologii Molekularnej Instytutu
MAPA POLSKIEJ BIOCHEMII Zakład Biologii Molekularnej Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN w 100-lecie urodzin Profesora Davida Shugara Jarosław T. Kuśmierek* Instytut Biochemii i Biofizyki Polskiej Akademii Nauk, ul. Pawińskiego 5A, 02-106 Warszawa * [email protected] tel. (48) 22 59 23 507 Pierwszym zalążkiem merytorycznym i organizacyjnym Zakładu Biologii Molekularnej była utworzona w 1954 roku i kierowana przez Prof. Davida Shugara Pracownia Fizykochemii Biologicznej w Zakładzie Biochemii PAN. Pracownia ta przekształciła się w Zakład Biofizyki w 1957 roku, kiedy został powołany Instytut Biochemii i Biofizyki PAN. W 1973 roku nastąpił podział Zakładu na Zakład Biologii Molekularnej, kierowany przez Prof. Davida Shugara, i Zakład Biofizyki, kierowany przez Prof. Kazimierza Lecha Wierzchowskiego. W 1998 roku z Zakładu wyodrębniła się Pracownia Antymetabolitów kierowana przez Prof. Tadeusza Kulikowskiego. Po przejściu Prof. Shugara na emeryturę w 1985 roku Zakład był kierowany przez Prof. Celinę Janion, od 1998 roku kierownikiem Zakładu jest Prof. Jarosław Kuśmierek. W bieżącym roku mija 50 lat od powołania w 1965 roku Zakładu Biofizyki w Instytucie Fizyki Doświadczalnej, na Wydziale Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, którego Prof. Shugar był organizatorem i przez ponad 30 lat kierował jego pracami. Oba Zakłady, UW i PAN, realizowały wspólną w dużej mierze tematykę naukową Szkoły Profesora Shugara. Zakładu od samego początku, i obecnie, skupia się wokół kwasów nukleinowych oraz enzymów zaangażowanych w ich metabolizm. Pomimo formalnego przejścia na emeryturę, Prof. Shugar żywo uczestniczył i nadal uczestniczy w życiu naukowym Instytutu. Nie jest związany On instytucjonalnie z żadną grupą w Zakładzie ani w Instytucie, aktywnie współpracuje z wieloma laboratoriami w kraju i zagranicą. W ostatnich latach jego zainteresowania koncentrują się na tematyce inhibitorów kinaz białkowych. Jest jednym z głównych organizatorów międzynarodowych konferencji naukowych „Inhibitors of protein kinases” współorganizowanych przez IBB PAN, które odbywają się od 1998 roku co 2–3 lata w Warszawie. Problematyki tej dotyczą Jego liczne publikacje z ostatnich lat, w tym ostatnia z 2015 roku [2]. Obecnie w Zakładzie działają cztery zespoły badawcze, trzy zajmują się mutagenezą i naprawą uszkodzeń DNA (Prof. Barbara Tudek, Prof. Elżbieta Grzesiuk i Prof. Jarosław Kuśmierek), czwarty zespół zajmuje się badaniami mechanizmów wierności replikacji DNA (Dr hab. Anna Bębenek). Zespoły realizują swoje badania w oparciu o zasoby własne, a także poprzez szeroką współpracę z różnymi ośrodkami krajowymi i zagranicznymi. W minionym 10-leciu wyniki badań pracowników Zakładu były przedmiotem około 70 publikacji, poniżej przytaczam wybrane cytowania przykładowo ilustrujące omawiane zagadnienie. Rozwój badań naukowych w Zakładzie Biologii Molekularnej, a także w historycznie z nim związanymi Zakładem Biofizyki i Pracownią Antymetabolitów, w latach 1954-2004 został dosyć obszernie opisany w wydawnictwie poświęconym jubileuszowi 50-lecia IBB PAN [1]. Zagadnienia te są także przedmiotem kilku opracowań zamieszczonych w tym zeszycie Postępów Biochemii. Problematyka naukowa Zespół Prof. Barbary Tudek zajmuje się tematyką mutagenezy i naprawy DNA, zarówno w zakresie charakterystyki funkcjonalnej enzymów naprawczych, jak i znaczenia nieprawidłowości w ich działaniu w procesie nowotworowym i w starzeniu organizmów. Badania przebiegają w następujących kierunkach: (i) naprawa oksydacyjnych uszkodzeń DNA w patofizjologii chorób nowotworowych [3,4], (ii) nowe aktywności białek naprawy DNA [5,6], (iii) Fot. 1. Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN z lotu ptaka. Fot. 2. Siedziba Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN przy ulicy Pawińskiego 5A w Warszawie. 236www.postepybiochemii.pl czynniki modyfikujące naprawę DNA [7,8], (iv) hamowanie aktywności enzymów naprawy DNA [9]. Zespół Prof. Jarosława Kuśmierka zajmuje się badaniami uszkodzeń DNA powstających w wyniku stresu oksydacyjnego, ich rolą w procesach mutagenezy i kancerogenezy oraz ich naprawą. Część badań dotyczyła eliminacji z komórkowej puli prekursorów DNA uszkodzonych oksydacyjnie nukleotydów i znaczenia tego procesu w patofizjologii nowotworów [10]. W ostatnich latach zespół zajmuje się udziałem różnych enzymów w naprawie egzocyklicznych adduktów zasad DNA w E. coli [11,12] oraz molekularnym mechanizmem ich naprawy przez enzym, dioksygenazę AlkB [13]. Główną tematyką realizowaną w zespole Prof. Elżbiety Grzesiuk są badania nad rolą dioksygenazy AlkB w ochronie komórek przed cytotoksycznym i mutagennym działaniem czynników alkilujących. Badania prowadzone są w następujących kierunkach: (i) współdziałanie alkB z innymi systemami naprawy DNA w komórkach E. coli [14,15], (ii) analiza bioinformatyczna homologów alkB w świecie ożywionym [16], (iii) analiza funkcjonalna homologów AlkB Cyanobacteria, Arabidopsis thaliana i Pseudomonas putida [16,17]. Dr hab. Anna Sikora, niezależnie od uczestnictwa w badaniach kierowanych przez Prof. Grzesiuk, utworzyła grupę, która zajmuje się badaniami nad fermentacjami wodorowymi i metanowymi oraz analizą metagenomiczną wyselekcjonowanych zespołów bakterii tych fermentacji [18,19]. Grupa Dr hab. Anny Bębenek zajmuje się badaniami mechanizmów wierności replikacji DNA. Celem badań jest poznanie mechanizmów leżących u podstaw wysokiej wierności replikacji nieuszkodzonego DNA. Badania koncentrują się nad rolą zachowanych oraz nie-zachowanych ewolucyjnie reszt aminokwasowych w tym procesie. Prace te prowadzone są we współpracy z dr Johnem Drake z National Institute of Environmental Heath Sciences z Research Triangle Park, USA [20,21]. Opisując nawet w skrótowy sposób ludzi i aktualne badania w Zakładzie Biologii Molekularnej, nie sposób pominąć nasze Koleżanki i Kolegów, którzy odeszli od nas na zawsze w ostatnich latach. Byli naszymi mentorami, patronowali naszemu rozwojowi naukowemu, pomnażali dorobek naukowy Zakładu, często byli po prostu naszymi przyjaciółmi. Chcemy Ich zachować w naszej serdecznej pamięci. Profesor Włodzimierz Szer zapoczątkował w latach 60. ubiegłego wieku „nurt syntezy chemicznej”, który w mniejszym lub większym stopniu występuje w całej późniejszej historii Zakładu. Syntezy analogów i chemiczne modyfikacje zasad DNA, nukleozydów i nukleotydów dostarczały związków do najróżniejszych badań. Opis części dokonań naukowych Prof. Szera znajduje się w artykule Kuśmierka i Stolarskiego w tym zeszycie Postępów Biochemii. W 1967 roku Prof. Szer wyemigrował do Stanów Zjednoczonych. Tam przez wiele lat był profesorem biochemii na New York University School of Medicine. Zmarł w 2013 roku w San Diego w Kalifornii. Postępy Biochemii 61 (3) 2015 Profesor Celina Janion do ostatnich dni swego życia (zmarła w 2013 roku) aktywnie współpracowała z grupami Prof. Grzesiuk i Prof. Tudek. Jej dawne badania nad mutagenem hydroksyloaminą, zarówno badania dotyczące reakcji tego mutagenu z zasadami DNA, tautomerii hydroksylaminowych pochodnych zasad, jak i badania biologiczne w fagach i bakteriach doprowadziły do wyjaśnienia molekularnych podstaw mutagennego działania hydroksyloaminy [22]. Późniejsze zainteresowania Prof. Janion dotyczyły bakteryjnych systemów mutagenezy/ naprawy DNA, czemu dawała wyraz w licznych pracach doświadczalnych oraz w pracach przeglądowych (np. jedne z ostatnich [23,24]). Profesor Tadeusz Kulikowski (zmarł w 2013 roku) przez wiele lat kierował Pracownią Antymetabolitów. Pod Jego kierunkiem prowadzono kompleksowe badania dotyczące syntez, struktury, właściwości substrat/inhibitor wobec wybranych enzymów, a także potencjalnych właściwości przeciwwirusowych i przeciwnowotworowych najróżniejszych typów analogów nukleozydów. Przedmiotem badań były, między innymi, inhibitory syntazy tymidylanowej, odwrotnej transkryptazy wirusa HIV, ATPazy/helikazy wirusa zapalenia wątroby typu C (HCV), a także inhibitory kinaz białkowych. W 2013 roku zmarła także bliska współpracowniczka Prof. Kulikowskiego Dr hab. Alicja Drabikowska, specjalistka w dziedzinie badań biochemicznych. Opis części badań prowadzonych przez Prof. Kulikowskiego i Jego zespół zawarty jest w artykułach Marii Bretner i Wojciecha Rode w tym zeszycie Postępów Biochemii. Dr hab. Zofia Zarębska (dawniej Tramer, zmarła w 2013 roku) i Jej współpracowniczka Dr Daniela Barszcz (zmarła w 2014 roku) zajmowały się początkowo radiochemią i fotochemią kwasów nukleinowych (zob. artykuł Kazimierza L. Wierzchowskiego). W 1972 r. Zofia Zarębska nawiązała współpracę z Kliniką Dermatologiczną Akademii Medycznej w Warszawie, z zespołem kierowanym przez Prof. Stefanię Jabłońską, gdzie badano działanie promieniowania UV i psoralenu w terapii łuszczycy. W trakcie badań opracowano metodę detekcji fotoadduktów DNA-psoralen w skórze ssaków [25]. Ponadto ustalono, że jedną z przyczyn ostrych stanów zapalnych w łuszczycy jest niedobór α-1-proteinaz w osoczu oraz wykryto izoformy inhibitora charakteryzujące się obniżoną termostabilnością [26]. W ostatnich latach Doc. Zarębska zajmowała się m. in. immunologicznymi aspektami fototerapii [27]. Jej badania wniosły wiele dla zrozumienia procesów biochemicznych związanych z patogenezą oraz leczeniem łuszczycy. PIŚMIENNICTWO 1. Instytut Biochemii i Biofizyki PAN 1954-2004. Z dziejów biologii molekularnej w Polsce. (2004) Instytut Biochemii i Biofizyki PAN, Warszawa 2. Winiewska M, Kucińska K, Makowska M, Poznański J, Shugar D (2015) Thermodynamics parameters for binding of halogenated benzotriazole inhibitors of human protein kinase CK2α. Biochim Biophys Acta 2015 Apr 17. pii: S1570-9639(15)00100-4. doi: 10.1016/j.bbapap.2015.04.004. [Epub ahead of print]. 3. Dziaman T, Ludwiczak H, Ciesla JM, Banaszkiewicz Z, Winczura A, Chmielarczyk M, Wisniewska E, Marszalek A, Tudek B, Olinski R 237 (2014) PARP-1 Expression is Increased in Colon Adenoma and Carcinoma and Correlates with OGG1. PLoS One 9 :e115558 4. Dziaman T, Banaszkiewicz Z, Roszkowski K, Gackowski D, Wisniewska E, Rozalski R, Foksinski M, Siomek A, Speina E, Winczura A, Marszalek A, Tudek B, Olinski R (2014) 8-Oxo-7,8-dihydroguanine and uric acid as efficient predictors of survival in colon cancer patients. Int J Cancer 134: 376-383 5. Prorok P, Alili D, Saint-Pierre C, Gasparutto D, Zharkov DO, Ishchenko AA, Tudek B, Saparbaev MK (2013) Uracil in duplex DNA is a substrate for the nucleotide incision repair pathway in human cells. Proc Natl Acad Sci USA 110: E3695-3703 6. Prorok P, Saint-Pierre C, Gasparutto D, Fedorova OS, Ishchenko AA, Leh H, Buckle M, Tudek B, Saparbaev M (2012) Highly mutagenic exocyclic DNA adducts are substrates for the human nucleotide incision repair pathway. PLoS One 7: e51776 7. Czerwińska J, Poznański J, Dębski J, Bukowy Z, Bohr VA, Tudek B, Speina E (2014) Catalytic activities of Werner protein are affected by adduction with 4-hydroxy-2-nonenal. Nucleic Acids Res 42: 1111911135 8. Winczura A, Zdżalik D, Tudek B (2012) Damage of DNA and proteins by major lipid peroxidation products in genome stability. Free Radic Res 46 :442-459 9. Biela A, Coste F, Culard F, Guerin M, Goffinont S, Gasteiger K, Cieśla J, Winczura A, Kazimierczuk Z, Gasparutto D, Carell T, Tudek B, Castaing B (2014) Zinc finger oxidation of Fpg/Nei DNA glycosylases by 2-thioxanthine: biochemical and X-ray structural characterization. Nucleic Acids Res 42: 10748-10761 10.Speina E, Arczewska KD, Gackowski D, Zielinska M, Siomek A, Kowalewski J, Olinski R, Tudek B, Kusmierek JT (2005) Contribution of hMTH1 to the maintenance of 8-oxoguanine levels in lung DNA of non-small-cell lung cancer patients. J Natl Cancer Inst 97:384-95 11.Maciejewska AM, Ruszel KP, Nieminuszczy J, Lewicka J, Sokołowska B, Grzesiuk E, Kuśmierek JT (2010) Chloroacetaldehyde-induced mutagenesis in Escherichia coli: the role of AlkB protein in repair of 3,N(4)-ethenocytosine and 3,N(4)-alpha-hydroxyethanocytosine. Mutat Res 684: 24-34 12.Maciejewska AM, Sokolowska B, Nowicki A, Kusmierek JT (2011) The role of AlkB protein in repair of 1,N-6-ethenoadenine in Escherichia coli cells. Mutagenesis 26: 401-406 13.Maciejewska AM, Poznanski J, Kaczmarska Z, Krowisz B, Nieminuszczy J, Polkowska-Nowakowska A, Grzesiuk E, Kusmierek JT (2013) AlkB dioxygenase preferentially repairs protonated substrates: specificity against exocyclic adducts and molecular mechanism of action. J Biol Chem 288: 432-441 14.Sikora A, Mielecki D, Chojnacka A, Nieminuszczy J, Wrzesinski M, Grzesiuk E (2010) Lethal and mutagenic properties of MMS-generated DNA lesions in Escherichia coli cells deficient in BER and AlkB-directed DNA repair. Mutagenesis 25:139-147 15.Maciejewska AM, Poznański J, Pilżys T, Marcinkowski M, Dylewska M, Piwowarski J, Jakubczak W, Pawlak K, Grzesiuk E (2015) Effects of changes in intracellular iron pool on AlkB-dependent and AlkB-independent mechanisms protecting E. coli cells against mutagenic action of alkylating agent. Sikora A, Mutat Res 2015 Jun 23;778:52-60. doi: 10.1016/j.mrfmmm.2015.05.009. [Epub ahead of print] 16.Mielecki D, Zugaj DŁ, Muszewska A, Piwowarski J, Chojnacka A, Mielecki M, Nieminuszczy J, Grynberg M, Grzesiuk E (2012) Novel AlkB dioxygenases — alternative models for in silico and in vivo studies. PLoS One 7: e30588 17.Mielecki D, Saumaa S, Wrzesiński M, Maciejewska AM, Żuchniewicz K, Sikora A, Piwowarski J, Nieminuszczy J, Kivisaar M, Grzesiuk E (2013) Pseudomonas putida AlkA and AlkB proteins comprise different defense systems for the repair of alkylation damage to DNA — in vivo, in vitro, and in silico studies. PLoS One 8: e76198 18.Piela P, Michałowski T, Miltko R, Szewczyk K, Sikora R, Grzesiuk E, Sikora A (2010) Can a fermentation gas mainly produced by rumen Isotrichidae ciliates be a potential source of biohydrogen and a fuel for a chemical fuel cell? J Microbiol Biotechnol 20: 1092-1100 19.Chojnacka A, Szczęsny P, Błaszczyk MK, Zielenkiewicz U, Detman A, Salamon A, Sikora A (2015) Noteworthy facts about a methane-producing microbial community processing acidic effluent from sugar beet molasses fermentation. PLoS One 10: e0128008 20.Trzemecka A, Jacewicz A, Carver GT, Drake JW, Bebenek A (2010) Reversal of a mutator activity by a nearby fidelity-neutral substitution in the RB69 DNA polymerase binding pocket. J Mol Biol 404: 778-793 21.Jacewicz A, Trzemecka A, Guja KE, Plochocka D, Yakubovskaya E, Bebenek A, Garcia-Diaz M (2013) A remote palm domain residue of RB69 DNA polymerase is critical for enzyme activity and influences the conformation of the active site. PLoS One 8: e76700 22.Janion C (1984) Some problems of mutagenesis induced by base analogues. Acta Biochim Polon 31 :183-192 23.Janion C (2006) Chemically methylated DNA repair in Escherichia coli - the role of alkB protein. Postepy Biochem 52: 239-246 24.Janion C (2008) Inducible SOS response system of DNA repair and mutagenesis in Escherichia coli. Int J Biol Sci 4 :338-344 25.Pathak MA, Zarebska Z, Mihm MC, Jarzabek-Chorzelska M, Chorzelski T, Jablonska S (1986) Detection of DNA-psoralen photoadducts in mammalian skin. J Invest Dermatol 86: 308-315 26.Barszcz D, Zarebska Z, Glinska-Ferenz M, Jabkonska S, Tigalonowa M, Glinski W (1988) Alpha1-proteinase inhibitor in psoriasis: reduced activity in sympton-free patients and during flare. Arch Dermatol Res 28O: 198-206 27.Zarebska Z (2002) Immunologic aspects of phototherapy. Postepy Hig Med Dosw 56: 139-153 238www.postepybiochemii.pl