Rusztowania z peptydowych klocków

Rusztowania z peptydowych klocków

  • Kierownik projektu: dr hab. Agnieszka Szumna, prof. IChO PAN, Instytut Chemii Organicznej PAN
  • Tytuł projektu: Trójwymiarowe Peptydowo-Organiczne Szkielety Supramolekularne
  • Konkurs: SYMFONIA 4, ogłoszony 15 grudnia 2015 r.
  • Panel: ST 5

Koncepcja tworzenia i wykorzystania supramolekularnych
peptydowo-organicznych szkieletów

W przeszłości większość leków odkrywano przez przypadek lub niezmiernie czasochłonną i kosztowną metodą prób i błędów. Dziś projektowanie leków zdominowane jest przez podejście racjonalne, oparte na wiedzy strukturalnej. Polega ono na tym, iż na początku należy dokładnie zdefiniować cel molekularny terapii (zwykle białko), a następnie zaprojektować optymalne „pociski” (leki) do jego zaatakowania. Podstawową metodą, która dostarcza badaczom wiedzy o trójwymiarowej strukturze tych celów molekularnych, jest krystalografia. Zbadanie struktury kryształu dostarcza precyzyjnej informacji o położeniu w przestrzeni każdego z wielu, czasem setek tysięcy, atomów biomolekuły. Metoda krystalograficzna polega na naświetleniu kryształów badanej substancji (np. białka) promieniami Rentgena i wykorzystaniu zarejestrowanego obrazu dyfrakcyjnego do odtworzenia rozkładu atomów w sieci krystalicznej. Otrzymanie kryształów białka jest ciągle nie lada sztuką. Dlatego nadal poszukuje się w tym kierunku nowych rozwiązań.

W naszym projekcie planujemy konstruowanie trójwymiarowych szkieletów supramolekularnych, które stanowiłyby matrycę do krystalizacji białek. Nasze szkielety zbudowane będą na zasadzie samoskładających się klocków Lego o trzech precyzyjnie zaprojektowanych kształtach. Jednym z takich małych elementów budulcowych będą molekuły o charakterze peptydów, tj. takich samych komponentów, jakie odnajdujemy w gigantycznych strukturach białek. Ponieważ nasze klocki Lego oprócz części peptydowej będą zawierały stosunkowo proste elementy znane z chemii organicznej, nasze struktury nazwaliśmy POF-ami, od angielskiego terminu Peptide-Organic Frameworks. Chemicy oraz inżynierowie materiałowi konstruujący nowe materiały na poziomie atomów i molekuł znają już inne sieci (frameworks), ale o POF-ach nikt dotąd jeszcze nie myślał. A ich potencjał może być ogromny, choćby ze względu na zgodność elementów peptydowych ze strukturą białek. Przewidujemy, że nasze POF-y będą idealnym środowiskiem do porządkowania w ich wnękach, a w rezultacie do tworzenia sieci krystalicznej białek niepoddających się krystalizacji tradycyjnymi metodami. Stosowane przez nas peptydy mają również szereg innych zalet, jak ogromna różnorodność (duży zestaw klocków Lego), dostępność, czy biokompatybilność. Nie będzie dla nas zaskoczeniem, jeśli nasze POF-y znajdą także inne zastosowania jako nowe materiały w nbsp;medycynie czy technice.

Do skonstruowania pierwszych POF-ów (które są już dokładnie rozrysowane na desce kreślarskiej) jesteśmy doskonale przygotowani. Opracowaliśmy bowiem niedawno oraz wdrożyliśmy analogiczną koncepcję tworzenia Peptydowo-Organicznych Kapsuł molekularnych, w których z powodzeniem możemy umieszczać zaplanowany „ładunek” chemiczny. W przyszłości mógłby to być np. lek dostarczany do miejsca, w którym ma zadziałać. Przejście od samoorganizujących się zamkniętych kapsuł POK do otwartych sieci trójwymiarowych POF będzie oparte na zmianach geometrycznych. Znane są zresztą podobne przypadki. Np. popularne sferyczne micele (zanurzone w wodzie kropelki detergentu o strukturze warstwy podwójnej) udało się przeprowadzić w trójwymiarowe sieci LCP (Lipidic Cubic Phase), w których z powodzeniem krystalizuje się „trudne” białka błonowe. Nasz projekt przeniesie ten pomysł także do świata białek rozpuszczalnych w wodzie.


dr hab. Agnieszka Szumna, prof. ICho PAN

Zdjęcie ze zbiorów prywatnych

Absolwentka Wydziału Chemii Uniwersytetu Warszawskiego. Od 1996 r. związana z Instytutem Chemii Organicznej PAN w Warszawie, gdzie w 2001 r. obroniła z wyróżnieniem pracę doktorską z dziedziny chemii supramolekularnej (promotor prof. Janusz Jurczak). W latach 2001-2003 przebywała na stażu w grupie prof. J. L. Atwooda w University of Missouri, Columbia, USA. Po powrocie ze stażu rozpoczęła samodzielne badania w dziedzinie chiralnego rozpoznania i syntetycznych biomimetycznych kapsuł molekularnych. W 2010 r. obroniła habilitację z tej dziedziny, która została nagrodzona Nagrodą Premiera oraz Nagrodą Naukową III Wydziału PAN im. Włodzimierza Kołosa. W tym samym roku. otrzymała grant w ramach programu POMOST Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, dzięki któremu mogła stworzyć grupę badawczą po przerwie w pracy naukowej. Obecnie jej grupa badawcza skupia bardzo wielu młodych studentów a nawet uczniów i jest finansowana z grantów typu OPUS, PRELUDIUM i Diamentowych Grantów. Główne zainteresowania badawcze skupiają się wokół architektury molekularnej chiralnych porowatych materiałów i możliwości ich wykorzystania w chemii i biologii. Mama 11-letniego Filipa i 6-letniej Niny.