Identyfikacja domen WG/GW zaangażowanych w wiązanie

„Identyfikacja domen WG/GW zaangażowanych w wiązanie białek
Argonaute oraz analiza mechanizmów molekularnych
odpowiedzialnych za ich zmienność”
Andrzej Zieleziński
Stypendysta projektu pt. „Wsparcie stypendialne dla doktorantów na kierunkach uznanych za
strategiczne z punktu widzenia rozwoju Wielkopolski”, Poddziałanie 8.2.2 Programu
Operacyjnego Kapitał Ludzki
Białka GW, złożone z licznie powtórzonych par zawierających reszty glicyny (G) i
tryptofanu (W), są niezbędne u wszystkich roślin i zwierząt podczas procesu interferencji
RNA (RNAi). Stanowi on naturalny mechanizm regulacji ekspresji genów i obrony przeciwko
wirusom, w którym małe cząsteczki RNA znajdujące się w kompleksie z białkami Argonaute
(AGO) i białkami GW odgrywają rolę przewodników odnajdujących komplementarne do nich
sekwencje genu, powodując jego wyciszenie. Stanowi on naturalny mechanizm regulacji
ekspresji genów i obrony przeciwko wirusom, w którym małe cząsteczki RNA znajdujące się
w kompleksie z białkami Argonaute (AGO) i białkami GW odgrywają rolę przewodników
odnajdujących komplementarne do nich sekwencje powodując ich wyciszenie. Najnowsze
prace naukowe donoszą, że niektóre wirusy kodują białka, które funkcjonalnie upodobniają
się do domen GW gospodarza i dzięki temu potrafią przełamać jego naturalny system
obronny i tym samym powodować infekcję (Rys. 1). Można zatem sugerować, że tego typu
kamuflaż molekularny stanowiący obronną strategię wirusów może być powszechnie
wykorzystywany przez szerszą grupę patogenów, zarówno roślinnych jak i zwierzęcych.
Wyjątkowo zmienny charakter wirusowych białek GW sprawia, że tradycyjne
poszukiwania podobnych sekwencji wśród wirusów wykracza poza ramy klasycznej
bioinformatyki.
Celem niniejszej pracy jest zaprojektowanie i implementacja nowych metod
obliczeniowych pozwalających przewidywać de novo domeny GW u wirusów infekujących
roślinne i zwierzęce komórki.
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego
W ramach projektu utworzymy i udostępnimy pierwsze bioinformatyczne narzędzie
identyfikacji i adnotacji wirusowych domen GW w dowolnej sekwencji nukleotydowej lub
białkowej. Ponadto zaproponujemy społeczności naukowej nowe podejście badawcze do
problematyki poszukiwania krótkich funkcjonalnych domen białkowych, których niski stopień
podobieństwa sekwencji uniemożliwia wiarygodne określenie ich relacji homologicznych.
Proponowane innowacyjne metody identyfikacji stanowić będą nowe oprogramowanie
wykorzystywane przez biotechnologów, biologów molekularnych i inne grupy badawcze z
całego świata.
Przeprowadzając wielkoskalową analizę dostępnych sekwencji genomów wirusów
spodziewamy się opisać wszystkie potencjalne geny, które mogą kodować białka biorące
udział w obniżeniu sprawności mechanizmów RNAi obrony antywirusowej organizmów. Taka
kompleksowa analiza wirusowych genomów nie tylko umożliwi poprawienie jakości adnotacji
in silico funkcji genów, co będzie miało znaczący wpływ na cały sektor biotechnologiczny
związany z badaniami nad wirusami, ale przede wszystkim pozwoli oszacować
powszechność i istotność wykorzystywania przez wirusy zjawiska mimikry molekularnej
białek GW i tym samym pogłębi wiedzę na temat strategii obronnych patogenów przed
odpowiedzią komórkową.
Ponadto badanie mechanizmów molekularnych zapewniających wyjątkowo zmienny
charakter domen GW w układzie wirus-gospodarz oraz w obrębie rodzin wirusów może mieć
znaczący wydźwięk aplikacyjny - np. w przypadku roślin są to korzyści związane z
modyfikacją genetyczną i udoskonalaniem cech roślin uprawnych.
Poznanie sekwencji domen GW będzie mogło stanowić podstawy do opracowania
skutecznej terapii genowej skierowanej na wyciszenie ekspresji specyficznych genów, które
wirus wykorzystuje do rozbrojenia obronnej maszynerii RNAi organizmu. Możliwość
sztucznej indukcji RNAi przeciwko takim wirusowym genom ma olbrzymi potencjał
terapeutyczny w diagnostyce i budzi nowe nadzieje na skuteczne leczenie bez potrzeby
ingerencji
w
genom
człowieka.
Zastosowanie
tego
typu
metod
terapeutycznych
ukierunkowanych na kluczowe geny wirusów, przynosi pomyślne rezultaty w leczeniu wielu
chorób wirusowych o dużym znaczeniu dla zdrowia publicznego: zapaleniu wątroby typu
B/C, AIDS i wielu innych. Ze względu na rozmiar i daleko posuniętą specjalizację sektora
związanego z leczeniem chorób wirusowych każda opracowana przełomowa technologia w
Wielkopolsce ma szansę na niezwłoczne zaistnienie w skali globalnej i stwarza realne
warunki komercyjnej współpracy z przedsiębiorstwami medyczno-farmakologicznymi.
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego
Rys. 1. Wirusowe białka GW upodabniają się do białek GW gospodarza w celu przełamania
jego systemu obronnego. Rysunek własny.
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego