Nowatorskie badania ilościowe w komórce in vivo

Nowatorskie badania ilościowe w komórce in vivo: pomiary mobilności białek i oddziaływania białek z takimi strukturami wewnątrzkomórkowymi jak glikogen i mitochondria

  • Kierownik projektu: prof. Jerzy Duszyński, Instytut Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego
  • Wykonawca projektu: prof. Robert Hołyst, Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk
  • Tytuł projektu: Nowatorskie badania ilościowe w komórce in vivo: pomiary mobilności białek i oddziaływania białek z takimi strukturami wewnątrzkomórkowymi jak glikogen i mitochondria
  • Konkurs: SYMFONIA 1, ogłoszony 15 listopada 2012 r.
  • Panel: NZ1
rysunek 1

Wnętrze żywej komórki jest niezwykle zatłoczone. Znajdują się w nim mocno upakowane białka i liczne struktury wewnątrzkomórkowe. Środowisko to starano się odtworzyć w probówce - in vitro, ale tego typu model badawczy tylko w małym stopniu obrazuje sytuację panującą wewnątrz żywej komórki in vivo. Badania prowadzone w ramach grantu Symfonia przez interdyscyplinarny zespół pod kierownictwem prof. Jerzego Duszyńskiego z Instytutu Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego będą dotyczyć ruchliwości białek wewnątrz komórki i ich oddziaływań z różnymi dużymi strukturami wewnątrzkomórkowymi, np. glikogenem i mitochondriami.  W szczególności badane będzie białko GBE1 i glikogen oraz białko Drp1 i mitochondria.Glikogen przypomina rozgałęzione drzewo zbudowane z glukozy, na którym przysiadają enzymy uczestniczące w jego metabolizmie. Należy do nich również GBE1. Niektóre z tych glikogenowych enzymów siedzą nieruchomo, inne są bardziej ruchliwe, jeszcze inne swobodnie krążą wokół glikogenu. Badania podjęte w projekcie pozwolą ustalić, czy zmiany genetyczne wpływają na zachowanie enzymu GBE1, jego ruchliwość oraz sposób siadania na cząsteczce glikogenu. Zmiany te mogą bowiem być związane z poważnymi chorobami neurodegeneracyjnymi.

Mutacje białek przyczyną groźnych schorzeń?

rysunek 1

Projekt obejmuje również badanie ruchliwości białka Drp1 – tak zwanego mechanobiałka – oraz jego oddziaływań z mitochondriami.  Pojedyncze cząsteczki tego białka łączą się w obręcze, które mogą opasać mitochondria i w odpowiednich warunkach tak się zacisnąć, że siatka mitochondrialna rozpada się na dwie lub więcej części. Drp1 jest ważne dla dynamiki mitochondriów oraz procesu ciągłego przebudowania ich złożonej struktury we wnętrzu komórki. Pewne mutacje tego białka sprawiają, że proces ciągłej zmiany struktury mitochondriów nie przebiega prawidłowo. To zdaje się być jedną z przyczyn tak groźnych chorób neurodegeneracyjnych,  jak choroba Parkinsona czy choroba Alzheimera.

Na pograniczach dziedzin

Przeprowadzenie powyższych badań wymaga interdyscyplinarnego podejścia. W projekcie Symfonia spotykają się dwa zespoły badawcze reprezentujące nauki o życiu oraz nauki ścisłe i techniczne. Grupa naukowców pod kierownictwem prof. Jerzego Duszyńskiego jest wspierana przez zespół prof. Roberta Hołysta z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk, który wnosi do projektu ekspertyzę w badaniach nad dyfuzją w płynach złożonych. Aby przeprowadzić niezbędne analizy, oznaczone fluorescencyjnie białka należy wprowadzić do wnętrza komórki. Tam mogą zostać pobudzone przez wiązkę lasera i emitować światło. Analiza tej właśnie emisji, za pomocą specjalistycznej aparatury budowanej przez zespół prof. Hołysta, pozwoli zbadać ruchliwość i interakcje białek wewnątrz żywej komórki.


Planowane badania pozwolą lepiej poznać źródło nieprawidłowości w funkcjonowaniu białek. Wiedza ta w przyszłości może znaleźć odbicie w terapiach chorób neurodegeneracyjnych – zaznacza kierownik projektu prof. Duszyński. Badania interdyscyplinarne – podkreśla – są ogromnym wyzwaniem dla naukowców, którzy reprezentują przecież dwie różne dziedziny badawcze. Różnic jest wiele – począwszy od języków, którymi się posługujemy, skończywszy na wiedzy, którą dzielimy się, prowadząc badania. Ale to właśnie na pograniczach dziedzin leży oryginalność, rodzą się nowe pomysły i wielkie odkrycia.

prof. Jerzy Duszyński