tartalomjegyzék alomjegyzékÁltalános bioinformatikai szolgáltatások.....132 mikroszkópos...

Információ....................................................................................2Ajánlás ...........................................................................................3Igazgatók ......................................................................................4Tudományos titkárság ............................................................6

Biofizikai intézet ........................................ 7Optikai mikromanipuláció .....................................................8Folyadék áramlásának vezérlése fénnyel a mikrofluidikában ......................................................................9A víz szerkezetének hatása a fehérjeműködésre ........10Bioelektronika .........................................................................11Femtobiológia ...........................................................................12Fénnyel hajtott mikrogépek a biológiában ..................13Alkalmazott kiroptikai spektroszkópia ...................... 14Atomerőmikroszkóp biológiai alkalmazása ................15Fehérjék elektromos vezetése ............................................16Humán biofizika, mozgásanalitika...................................17Neuronális degeneráció .......................................................18Neuronális protekció és plaszticitás ..............................19Vér-agy gát patológia .......................................................... 20Az agyi endotélsejtek működésének molekuláris alapjai .........................................................................................21A vakuoláris proton-atpáz: egy biomembránba épített nanogépezet .............................................................. 22Fehérjék gombolyodása és szerveződése biomembránokban ....................................................................23A citokróm b561 fehérjék ..................................................... 24Lipid-fehérje kölcsönhatások biológiai és modell rendszerekben ......................................................25Biohidrogén .............................................................................. 26Biogáz ...........................................................................................27Bioremediáció ........................................................................... 28Redox fehérjék működése és szerkezete ........................ 29Autokatalitikus enzimreakciók vizsgálata ................30Filogenetikus fák rekonstrukciója ..................................31

Biokémiai intézet ...................................... 33Morfin-receptorok és opioid peptidek kutatása........ 34A kábítószer függőséget kísérő molekuláris változások agyban ..................................................................35Opioid peptidek .........................................................................36Molekulaszerkezet ................................................................37Kémiai biológia .........................................................................38Membrán-lipid kölcsönhatáson alapuló, a molekuláris chaperon szint és profil normalizációjára képes eredeti gyógyszerjelöltek kutatása-fejlesztése ........................39A prion fehérje konformációs átalakulása ................. 40Kromatin szerkezet ............................................................... 41A fehérjelebontás szerepe a sejtfolyamatok szabályozásában ..................................................................... 42A kemoszenzitivitásért felelős checkpoint gének azonosítása ................................................................................43A sejtközötti állomány fehérjéinek szerepe fejlődési és regenerációs folyamatokban ....................................... 44

Transzgenikus állatmodellek létrehozása a porcregeneráció vizsgálatára .....................................45Betegség modellek kifejlesztése és alkalmazása ..... 46Fájdalomkutatás ......................................................................47Immunológiai kutatás ...........................................................47Mesterséges baktériumsejt hasznos anyagok biotechnológiai termeltetéséhez ................................... 48Irányított dns-metiláció .................................................... 49Génkölcsönhatási hálózatok ............................................50Génsorrend baktériumokban .............................................51

enzimológiai intézet ............................... 53Kalpain-enzimcsalád szerepe élettani és kóros folyamatokban ....................................................... 54Neurodegeneració: tppp fehérjecsalád szerkezete, funkciója és pathomechanizmusa ......................................55Plazmamembrán lizofoszfolipid receptorok ...............56Intracelluláris lizofoszfolipid receptorok ...............57Bioinformatika .........................................................................58Fehérjék szerkezeti és funkcionális vizsgálata .........59Oligopeptidázok ..................................................................... 60Daganatos sejtek rezisztenciáját gátló vegyületek fejlesztése ..................................................................................61Fehérje-szerkezet alapelvei ...............................................62Rendezetlen fehérjék vizsgálata .................................... 64Az abc fehérjék szerepe és működése ...............................65Egy kináz enzim és a hiv terápia ....................................... 66Oxidációs fehérje feltekeredés .........................................67A dutpáz enzimcsalád ............................................................ 68Uracil-dns jelátvitel ............................................................ 69Fehérjetervezés, hőstabilis enzimek ................................70Fehérjebontó enzimek az immunrendszer szolgálatában ..........................................................................71A baktériumok mozgásszervei: a flagellumok.............72Flagellin alapú receptorok ................................................73

genetikai intézet ...................................... 75Toxin-antitoxin modulok rhizobiumokban ...................76Szimbiotikus nitrogénkötés molekuláris háttere .. 77Lucerna genomika .................................................................. 78Gubacsdarazsak filogenetikája és filogeográfiája ...................................................................79A nimród gének evolúciója.................................................. 80Bal-jobb aszimmetria ..............................................................81Drosophila kalpainok ............................................................82Ivarsejtfejlődés genetikája .................................................83Az aktin sejtváz szerepe az idegsejt nyúlványok növekedésében ......................................................................... 84Szöveti polaritás .....................................................................85Kromoszóma-szerkezet és génszabályozás ................... 86Epigenetikai szabályozás .....................................................87Programozott sejthalál (apoptózis) genetikai irányítása .................................................................................. 88Fehérje-transzport a citoplazma és a sejtmag között: az importin-alfa2 szerepe ................................................... 89DNS javítás élesztőben ......................................................... 90

TarTalomjegyzék

1

TarT

alo

mje

gyz

ék

Magyar TudoMányos akadéMiaszegedi Biológiai közponT az európai unió kiválósági közponTja

6726 Szeged, Temesvári krt. 62. 6701 Szeged, Pf. 521.Tel.: 62-599-600Fax: 62-432-576http://www.szbk.u-szeged.huvagy http://www.brc.hu

Rákos betegségek molekuláris háttere .........................91Egyénre szabott rákdiagnosztika és terápia ............. 92A veleszületett immunitás ..................................................93Immunválasz szabályozás autoimmun betegségekben és rákban ..................................................... 94Mesterséges kromoszóma rendszer ..................................95Régészeti genetikai kutatások ......................................... 96Idegi differenciálódásban résztvevő genetikai hálózat vizsgálata ................................................................97Egy komplex betegség molekuláris genetikai vizsgálata ............................................................. 98

növényBiológiai intézet .........................99A fényszabályozott növényi életfolyamatok molekuláris alapjai ............................................................. 100Biológiai óra növényekben ................................................101Brasszinoszteroidok ........................................................... 102Fotoszintetikus energiaátalakítás vizsgálata .......103Komplex növényi stressz-diagnosztikai rendszer kifejlesztése ........................................................................... 104Nehézfém bioszenzorok kifejlesztése ............................105Reaktív oxigén származékok azonosítása növényekben ........................................................................... 106Önszerveződő fotoszintetikus fénybegyűjtő rendszerek ..................................................107Alternatív elektrontranszport hőstressznek kitett fotoszintetikus rendszerekben ....................... 108Mekkora rend van a sejtekben? új mikroszkópos eljárás a rendezettség mérésére; biológiai alkalmazások ....................................................................... 109Stressztűrés fokozása protektív enzimekkel................................................................................110Szárazságadaptáció gabonafélékben ...........................111Géncsillapítás szintetikus oligonukleotidok alkalmazásával növényekben ..........................................112

Termésösszetevők optimalizálása a sejtek osztódásának szabályozásával ...................................... 114A növényi egyedfejlődés szabályozásának sajátosságai .............................................................................116Megtermékenyítés és embriófejlődés növényekben ............................................................................117A búzaszem biológiája ..........................................................118Anionos (negatív töltésű) lipidek szerepe fotoszintetikus szervezetek életfolyamataiban .....119Biodízel előállítás algák segítségével ....................... 120A gabonafélék fagyállóságának növelése ................. 121A prolin és a növények szárazságtűrése .................... 122Új módszerek a só és szárazságtűrést befolyásoló gének azonosítására ............................................................123A mitokondriális folyamatok szerepe növényi stressz reakciókban ............................................................ 124Az snrk2 és crk típusú kinázok szerepe a stressz reakciók szabályozásában ..............................125Szárazságtűrésben szerepet játszó génjelöltek asszociációs (allél-társulás) vizsgálata árpában ............................................................. 126

központi laBoratóriumok ................... 127Fehérjecsipek .......................................................................... 128Fehérje-analitika tömegspektrometriával ............... 129Molekuláris hálózatok stabilitása ..............................130Molekuláris hálózatok evolúciója ...............................130Géncsaládok funkcionális annotációja ......................131Genom-informatika ..............................................................131Általános bioinformatikai szolgáltatások ...............132Mikroszkópos képfeldolgozás és a sejtosztódás mikroszkópos elemzése ........................................................133

Az SZBK-hoz kötődő spin-off vállalkozások .............134Impresszum ...............................................................................135

2

TarT

alo

mje

gyz

ék

ajánlás

3

ajá

nlá

s

Ma már nyilvánvaló mind a vállalati vezetők, mind a makrogazdaság irányítói körében, hogy a gazdasági versenyképesség sokban függ az innova-tív eredmények hasznosításától. Divatos tudásalapú gazdaságról beszélni, ugyanakkor komoly lemaradá-sunk van a hatékony technológiatranszfer-rendsze-rek hazai kiépítésében, az egyetemeken és a főhiva-tású kutatóintézetekben születő szellemi termékek hasznosításában. Gyenge tradíciókkal rendelkezünk az újdonságértékű eredmények felismerésében, vé-delmében, szabadalmaztatásában, a hasznosításban érdekelt ipari partnerekkel való együttműködések-ben. Tanúi lehetünk komoly kormányzati törekvé-seknek, melyek a pályázati feltételek révén bonyolult és sokszor hatékonyságukban megkérdőjelezhető rendszereket kényszerítenek a partnerekre a haszno-sulás serkentése reményében. A szerény sikerek csak megerősítik, hogy a magyar innovációs helyzet is szenved az ún. európai paradoxon terhétől, hiszen a születő szellemi termékek gyakran elkallódnak vagy mások által hasznosulnak. Az új technológiák, ver-senyképes áruk alapját az eredeti tudományos felis-merések jelentik, így a kutatóközösségek közvetlenül érdekeltek abban, hogy segítsék eredményeik gaz-

dasági értékesülését. A Magyar Tudományos Aka-démia Szegedi Biológiai Központjának munkatársai a jelen kiadványban bemutatják tudományos mun-kájuknak azon eredményeit, amelyek megítélésük szerint a hasznosíthatóság lehetőségét hordozzák. A molekuláris és fejlődésbiológia, az enzimológia, a nanotechnológia, vagy a genomika szerteágazó területein a kísérleti megfigyelések adatainak soka-sága halmozódott fel. Ezek közzétételével nemcsak a jogos társadalmi elvárásoknak kívánunk megfe-lelni, hanem valóban hisszük, hogy a kiadvány sok-ban elősegíti a potenciális hasznosítók megtalálását. Megadjuk a felelős kutatók elérhetőségét, hogy sike-res együttműködések bontakozzanak ki. Köszönet-tel veszünk minden észrevételt, javaslatot a jövőbeni fejlesztések érdekében.

A kiadvány megjelenése alkalmával köszönetün-ket kívánjuk kifejezni a Magyar Tudományos Aka-démia vezetésének, Vizi E. Szilveszter elnök úrnak az anyagi támogatásért, amely lehetővé tette ennek a szakmai anyagnak a megszületését. Köszönet illeti valamennyi közreműködő kutatótársunkat, valamint Páy Anikót, Gonda Andrásnét, Csordás-Tóth Évát és Farkas Juditot kiváló szerkesztői közreműködéséért.

Dr. Dudits DénesSzeged, 2007. főigazgató

IgazgaTók

dr. dudits dénesFőigazgató, MTA Szegedi Biológiai Központ

6726 Szeged, Temesvári krt. 62.6701 Szeged, Pf. 521.

Telefon: 62-599-768 • Fax: 62-433-188 • E-mail: [email protected]

Titkárnő: Keczán JózsefnéTelefon: 62-599-769Irodavezető: Dr. Szabad JánosnéTelefon: 62-599-761E-mail: [email protected]

dr. ormos pál Igazgató, MTA Szegedi Biológiai Központ, Biofizikai Intézet



Titkárnő: Ormos JuditTelefon: 62-599-614E-mail: [email protected]ági ügyintéző: Hrk AnikóTelefon: 62-599-609

dr. pósfai györgy Igazgató, MTA Szegedi Biológiai Központ, Biokémiai Intézet



Titkárnő: Ökrösné Miklós OlgaTelefon: 62-599-654E-mail: [email protected]ági ügyintéző: Kordás MónikaTelefon: 62-599-642

dr. závodszky péter Igazgató, MTA Szegedi Biológiai Központ, Enzimológiai Intézet

1113 Budapest, Karolina út 29.1518 Budapest, Pf. 7.


Titkárnő: Szikra Ágnes Telefon: 1-279-3113E-mail: [email protected]ági ügyintéző: Wagner MáriaTelefon: 1-279-3122

4

Iga

zgaT

ók

IgazgaTók

dr. raskó istvánIgazgató, MTA Szegedi Biológiai Központ, Genetikai Intézet



Titkárnő: Soltész CsillaTelefon: 62-599-657E-mail: [email protected]ági ügyintéző: Dózsa IldikóTelefon: 62-599-656

dr. vass imreIgazgató, MTA Szegedi Biológiai Központ, Növénybiológiai Intézet



Titkárnő: Károlyi MariannTelefon: 62-599-714E-mail: [email protected]ági ügyintéző: Kanalas JózsefnéTelefon: 62-599-713

dr. Báthori jánosGazdasági Igazgató, MTA Szegedi Biológiai Központ



Titkárnő: Miletin AnnaTelefon: 62-599-735E-mail: [email protected]

5

Iga

zgaT

ók

Tudományos TITkárság

PályázaTI Iroda

dr. páy anikóTudományos titkár

Telefon: 62-599-763Fax: 62-432-576E-mail: [email protected]

gonda zsuzsannaHumánpolitikai előadó

Telefon: 62-599-763E-mail: [email protected]

dr. Csordás-Tóth évaNemzetközi Továbbképző Tanfolyam igazgatója


varga TímeaIdegenforgalmi ügyintéző


dr. Heffner péterIrodavezető


kiss anitaPályázati asszisztens


6

Tud

om

án

yos

TITk

árs

ág

7

BIo

fIzI

ka

SZBKBiofizikai Intézet6726 Szeged, Temesvári krt. 62.6701 Szeged, Pf. 521.

FehérjedInamIka, BIológIaI energIa-átalakítás és nanoBIotechnológIaI csoport

8

BIo

fIzI

ka

A fény impulzust hordoz, vagyis testekbe ütköz-ve erőhatást képes kifejteni. Mégis, a mindennapok makrovilágában a fény nyomása elhanyagolható. Más a helyzet azonban a mikrovilágban: ha mikro-méteres mérettartományú részecskét átlagos intenzi-tású lézerfénnyel világítunk meg, a fénynyomás ha-tása jelentős lehet. Ha egy, a környezeténél nagyobb törésmutatójú anyagból készült mikroszkopikus tes-tet fókuszált fénybe helyezünk, az a fókuszban csap-dázódik. E módszerrel egyes sejtek, molekulák ma-nipulálhatók: mozgathatók, nyújthatók, stb.

Alapesetben egy gömb alakú test pozícióját hatá-rozza meg az optikai csipesz. További manipuláci-ós lehetőséget nyújtana, ha még a megragadott test helyzetét, orientációját is meg tudnánk határozni: ez kiterjesztené a manipulációs lehetőségek körét. Laboratóriumunkban azt vizsgáljuk, milyen a köl-csönhatás az optikai csipesz és speciális alakú mik-roszkopikus testek között.

Fényre keményedő gyantából fotopolimerizációval tetszőleges alakú testeket tudunk előállítani, és e tes-tekkel vizsgáljuk a csapdázás új jelenségeit, illetve segítségükkel újfajta mikromanipulációs eszközt ké-szítünk. Két tipikus eljárást mutatunk be.

Helikális, propeller alakú testek fénycsipeszben forogni kezdenek, e rotorokkal testek forgathatók, gépek hajthatók velük. Készítettünk fény hajtotta összetett, biológiában használandó gépeket.

Ha az optikai csipeszt lineárisan polarizált fény alkotja, lapos testek csapdázva a polarizáció síkjában orientálódnak. Ezzel az eljárással a testek orientálha-tók. Ha a lapos testre próbamolekulát erősítünk, arra forgatónyomatékot tudunk kifejteni, mérni. Így mo-lekulákat csavarhatunk, meghatározhatjuk moleku-lák torziós tulajdonságait. Ez a biológiában nagyon fontos, hiszen sok forgással járó biológiai folyamat van. Például a DNS-ben tárolt információhoz a mo-lekula csavarásával lehet hozzájutni. Módszerünkkel például meg tudunk csavarni egyetlen DNS moleku-lát, és meg tudjuk határozni a DNS molekula csava-rási rugalmassági állandóját – a működés megértésé-hez fontos paramétert.

óriásmolekula csavarása a lézercsipeszben. A fény polarizáció síkját forgatva forgatjuk a molekula végére erősített lapos testet.

oPTIkaI mIkromanIPuláCIó

Témavezető: dr. ormos pál Tel.: 62-599-613E-mail: [email protected]


9

BIo

fIzI

ka

Folyadék áramlásának Vezérlése Fénnyel a mIkroFluIdIkáBan

Témavezető: dr. ormos pál


A modern, genomikai megközelítésre alapozott bio-kémiai, orvosdiagnosztikai kutatásokban egyre na-gyobb szükség van olyan műszerekre, amelyek kis mennyiségű anyagon, de igen nagyszámú mintán lehetőleg gyorsan végeznek méréseket. E követelmé-nyeknek a méretek csökkentésével lehet megfelelni, és a mikrofluidika (chiplaboratórium) az a kutatás-fejlesztési irányzat, amely ebben az irányban keres újmegoldásokat. Világszerte nagy intenzitással ku-tatják-fejlesztik a területet. A mikro – illetve nano-méter karakterisztikus méretű reaktorokban lezaj-lódó folyamatok dinamikája nem pontosan ismert még, ennek megfelelően nincs kialakult megoldás az egyes feladatokra, számos irányban folyik a fejlesz-tés

Ilyen mikrofluidikai eszközöket fejlesztünk, még-pedig olyanokat, amelyeket fénnyel lehet vezérelni: ez nagyfokú rugalmasságot ígér a működésben. A megalapozó fizikai jelenségeket kutatjuk, vizsgáljuk az alkalmazás lehetőségeit.

Kidolgoztuk a fényvezérelt elektroozmózis tech-nikát. Folyadékkal telt csatorna falának töltését le-árnyékoló töltések jelennek meg a folyadékban, és ezek elektromos térrel mozgathatók. Mikroméretű csatornákban a teljes folyadékmennyiség mozgat-ható ily módon, ez az elektroozmózis jelensége. A mikrocsatorna falát fényvezető anyaggal vonjuk be. A folyadékot az elektroozmózist felhasználva elekt-romos térrel mozgatjuk a mikrocsatornában, de a fényérzékeny falú csatorna megvilágításával az elekt-romos tér fénnyel befolyásolható, és így a folyadék mozgatása fénnyel vezérelhető.

Különböző áramlásvezérlő elemeket dolgoztunk ki. Egyetlen csatornában a folyadék áramlását tudjuk

fénnyel ki-be kapcsolni. Készítettünk fénnyel vezérelt folyadékkapcsolót, itt fénnyel választjuk ki, hogy el-ágazó csatornában a folyadék melyik ágban folyjon. A mikrofluidika mérettartományában az áramlás mindig lamináris, ezért különös probléma a keverés, márpedig ez kulcskérdés a kémiai reakciók hajtásánál. A fény-vezérelt elektroozmózis megoldást ígér e problémában is. Ha a mikrocsatorna fényérzékeny falát megfelelő mintázatú fénnyel világítjuk meg, a folyadék áramlás mintázatát is befolyásolni, szabályozni tudjuk egyetlen mikrocsatornán belül. Ezzel az eljárással lehetőség nyí-lik folyadék keverési algoritmusok kialakítására.

A jelenséget kísérletekkel tanulmányozzuk, illetve megvalósítottuk a vizsgált rendszerek teljes számító-gépes szimulációját.

A kidolgozott módszerek alkalmasak a mikro-csatornák áramlási jelenségeinek a vizsgálatára, ugyanakkor komoly gyakorlati jelentőségük van, hi-szen újszerűen vezérelhető mikrofluidikai eszközök előállítására ad lehetőséget.

Célunk teljesen fényvezérelt, komplex biokémiai feladatot ellátó mikrofluidikai rendszerek kifejlesztése.

fényvezérelt folyadékkapcsoló szimulációja. Az elektromos tér és a folyadékáramlás jellemzőit véges elem módszerrel határoztuk meg.


10

BIo

fIzI

ka

A vízmolekula a harmadik leggyakoribb molekula a világegyetemben (a H különböző formái és a CO után), és a leggyakoribb a Földön. Az élőlények nagy része víz (minden szervezettségi szinten). Ha elvon-juk a vizet, a fehérjék sem működnek. „A víz a fe-hérjéket körülvevő mátrix, amely biztosítja a stabi-litásukat és a flexibilitásukat egyaránt” (Philip Ball). Különleges molekuláris tulajdonságai: nagy dipól-momentum, H-kötések hálózata, gyors kicserélődés. Mindezek miatt a vízmolekulák laza, dinamikus struktúrákba szerveződnek:

Alacsony hőmérsékleten sok ilyen konformáció van, magas hőmérsékleten kevés (a H-kötések gyen-gülése miatt).

Mi lehet a következménye a H-kötések erőssége változásának a fehérjékre? A hőmérsékletváltozás hatása komplex, mert a hőmozgást is megváltoztat-ja. A fenti kérdés kísérleti megválaszolásához ezért ehelyett próbálkozhatunk olyan sók hozzáadásával, amelyek nem lépnek specifikusan kölcsönhatásba a fehérjékkel, de hatnak a vízre. A sók ilyen közvetett

hatása a fehérjékre régóta ismert, összefoglaló néven Hofmeister-hatásnak nevezik. Lényege, hogy a sem-leges sók közepes és nagy koncentrációkban (>100 mM) befolyásolják a fehérjék aggregációs tulajdon-ságait. A megfigyelések szerint a hatást főként az anionok határozzák meg. Hofmeister 1888-ban sor-ba rendezte az anionokat aszerint, hogy milyen haté-konysággal csapják ki a globuláris fehérjéket: SO4

–– > F– > CH3COO– > Cl– > Br– > I– > ClO4–, SCN–

A Cl– ionnak a legkisebb az oldhatóságra gya-korolt hatása. A sorban tőle balra elhelyezkedőket kozmotropoknak nevezik (hatásuk: „kisózás”, fo-kozott aggregáció), jobbra a kaotropok találhatók („besózás”, csökkent aggregáció). Érdekes módon később ugyanezt a sort találták a fehérje- aktivitásra is: a kozmotropok általában stabilizálnak és növelik az enzim-aktivitást, a kaotropok pedig ellenkezőleg, de esetenként éppen fordítva van. Többek között az ilyen kivételek miatt még mindig nincs koherens elmélete a Hofmeister-effektusnak. Kutatásaink cél-ja egy ilyen elmélet kidolgozása és gyakorlati alkal-mazása. Kiindulópontul az szolgál, hogy mind az aggregációnál, mind a konformáció-változásnál fe-lületváltozás történik. Hipotézisünk szerint a víz-fe-hérje határfelületi feszültség sófüggése magyarázatot ad a Hofmeister-hatásokra. Ezt már lényeges elméle-ti és kísérleti bizonyítékokkal támasztottuk alá.

továbbfejlesztés, hasznosítás, felhasználás

A hatás mikroszkopikus értelmezését a fehérjék fluktu-ációinak vizsgálatával szándékozzuk megadni. Célunk továbbá a fehérjeműködést kísérő nagy konformáció-változások kimutatása a Hofmeister-hatás segítségével.

a VÍz szerkezeTének HaTása a FeHérjemŰkÖdésre

Témavezető: dr. dér andrás Tel.: 62-599-606E-mail: [email protected]


11

BIo

fIzI

ka

A nemzetközi szakirodalomban a bioelektronika szót általában két különálló tudományág megjelölésére használják. Az egyik - a biofizikai alapkutatás része-ként - az élő szervezetekben lejátszódó elektromos jelenségekkel foglalkozik, a másik pedig - mint a leg-utóbbi évtizedekben kifejlődött információ-technoló-giai diszciplína - biológiai eredetű anyagok elektroni-kai alkalmazási lehetőségeit kutatja. E két szakterület szoros kölcsönhatásban van nemcsak egymással, ha-nem olyan - első pillantásra kissé távolabb eső - tudo-mányágakkal is, mint pl. az alkalmazott optika.

Az elektromos jelenségek meghatározó szerepet játsza-nak az érzékelésben, mozgásban, energiaátalakításban és más fontos életfunkciókban. A különböző szervezettségi szinteken mérhető elektromos jelek értékes információ-val szolgálnak a fenti folyamatokra vonatkozóan (ld. pl. a közismert diagnosztikai alkalmazásokat [EKG, EEG]). A kutatások kiderítették, hogy mindezek a jelenségek visz-szavezethetők sejtmembrán-közeli folyamatokra, ame-lyekben az ún. ionpumpák játsszák az aktív szerepet. Ezek a membránba ágyazott különleges fehérjemolekulák pl. fény, ATP, vagy metabolitok rovására hozzák létre az álta-luk transzportált ion aszimmetrikus eloszlását (az „elekt-rokémiai potenciált”), amely az információtovábbító és energiaátalakító folyamatok hajtóerejét adja.

Az ionpumpák működésével együtt járó elektromos és abszorpciókinetikai jelek mérésére, illetve értelmezé-sére intézetünkben többféle módszert is kidolgoztunk. Egyik módszerünket sikerült oly módon általánosíta-nunk, hogy az elektromos jelek mindhárom térdimen-zióban történő detektálása lehetővé vált. A technika alkalmazásától azt várjuk, hogy – molekuladinamikai számolásokkal kombinálva – alapvető információval szolgál az ionpumpák elektromos szerkezetének a mo-lekula működése közben bekövetkező változásaira vo-natkozóan. Módszerünk hatékonyságát a legegyszerűbb

ionpumpáló membránfehérje, a bakteriorodopszin (bR) példáján mutattuk be, amely esetben már elérhető közel-ségbe került a fehérjeműködés atomi szintű leírása.


Az előzőekben olyan biofizikai kutatásokról számol-tunk be, amelyek azt demonstrálják, hogyan segíthet a fizika biológiai alapproblémák megoldásában. Emellett azonban ez a reláció akár meg is fordítható, vagyis a biológia is hozzájárulhat (alkalmazott) fizikai kutatá-si eredmények eléréséhez. Különleges fotoelektromos és optikai tulajdonságai miatt a bR lehetséges optoelektronikai alkalmazásait minden más biológiai eredetű anyagénál intenzívebben kutatják szerte a vilá-gon. A publikációk egy része a fehérje fotoelektromos tulajdonságát használja fel, nagyobb hányaduk pedig azt használja ki, hogy bR polarizációs hologramok rög-zítésére, illetve dinamikus adattárolásra alkalmas. Sa-ját kísérleti adataink mindezek mellett azt bizonyítják, hogy a bR-alapú filmek - kedvező optikai tulajdonsága-iknál fogva – integrált optikai alkalmazások aktív ele-meiként, pl. optikai kapcsolókként is használhatók.

Távolabbi célunk a kapcsolási sebesség növelése, valamint egyedi struktúrájú hullámvezetők felhasználásával komplex, fehérje-alapú integrált optikai áramkörök kialakítása.

BIoelekTronIka

Témavezetők: dr. dér andrás Tel.: 62-599-606E-mail: [email protected]

dr. ormos pál Tel.: 62-599-613

E-mail: [email protected]


12

BIo

fIzI

ka

A femtobiológia a közelmúltban létrejött új tu-dományág, mely a biológia i rendszerekben a femtoszekundumos (10-15 s) időskálán lezajló fo-lyamatokkal foglalkozik. Noha a közismert bioló-giai reakciók általában ennél lényegesen lassabbak, az elemi molekuláris események, így kémiai kötések kialakulása és bomlása, valamint a vibrációs és ro-tációs mozgások ebben az időtartományban men-nek végbe. Ilyen értelemben tehát minden kémia femtokémia, és minden biológia femtobiológia. A klasszikus spektroszkópiai módszerekkel a fenti fo-lyamatok csak közvetve, a frekvenciatartományban voltak tanulmányozhatók. Az ultragyors lézerek megjelenése lehetővé tette e jelenségek közvetlen időtartományban történő vizsgálatát, ezáltal lénye-gesen gazdagabb, ezelőtt elérhetetlen információk megszerzését. (Az időbeli viselkedésből a spektrum kiszámítható, fordítva azonban nem.)

A kezdetben ha za i és nemzet közi eg y üt t-működésen alapuló vizsgálataink elsősorban a bakteriorodopszin fehérjében lejátszódó fényindu-kált primér töltésszétválasztási folyamatokra irá-nyultak. Ezek főbb eredményei:

- Direkt elektromos módszerrel kinetikailag kö-vettük a fehérje lézerimpulzussal történő gerjesztése során létrejövő korai intermedierekben fellépő töl-tésmozgásokat.

- Koherens infravörös emissziós kísérletek során a kisugárzott elektromos térerősség detektálásával biológiai mintán elsőként mutattuk ki az optikai egyenirányítás jelenségét, amely a fehérje retinál kromofórjának gerjesztett állapotában fellépő elekt-

ron polarizációból adódik. E technikával a tényleges időtartományban megfigyelhetővé váltak a gerjesz-tést követő szinkronizált (koherens) vibrációs moz-gások is, melyek az ábrán láthatók a hozzájuk tarto-zó számított spektrummal együtt.

- Ugyancsak a világon elsőként detektáltunk ko-herens THz-es sugárzást fehérjéből, lehetővé téve a gerjesztést követő elektron- és a kezdeti funkcionális protonmozgások együttes megfigyelését.


Intézetünkben jelenleg kifejlesztés alatt áll egy ultra-gyors pumpa-próba mérőegység, mely a 100 fs – 1 ns időtartományban abszorpciókinetikai, később pedig fluoreszcencia up-conversion méréseket is lehetővé tesz. Terveink szerint a mérőrendszer országos szol-gáltató laboratóriumként fog működni kutatási és fejlesztési feladatok megoldására.

FemToBIológIa

Témavezető: dr. groma géza Tel.: 62-599-620E-mail: [email protected]


13

BIo

fIzI

ka

Napjainkban egyre nagyobb igény mutatkozik arra, hogy bonyolult, költséges és nagyméretű analitikai berendezéseket azok egyszerűbb, olcsóbb és kisebb változatai váltsák fel. Ezt az igényt az igen széles kör-ben kutatott, mikrofluidikai módszereket alkalmazó ún. csiplaboratóriumok (lab-on-a-chip) alkalmazása elégítheti ki. Ezek olyan eszközök, ahol néhány mm2 felületen alakítanak ki csatornákból, reaktorokból és rezervoárokból álló hálózatot a vizsgálandó minta szál-lításához, reagáltatásához, illetve analíziséhez. Ezek a csiplaboratóriumok számos, a mikrométer tartomá-nyába eső méretű eszköz alkalmazását igényelhetik.

Laboratóriumunkban a mikrofluidikai alkalma-zások során használható mikrogépek előállításának lehetőségeit kutatjuk. Az általunk készített mikro-struktúrák anyaga fényre keményedő polimer, ami fókuszált lézerfénnyel megvilágítva szilárdul meg az előre meghatározott 3 dimenziós formába. A femtoszekundumos impulzusokból álló lézernyaláb a fotopolimerben kétfotonos abszorpciót idéz elő kizárólag a fókuszfolt közvetlen környezetében. A kétfotonos polimerizációval mikrométer alatti felol-dású szerkezetek előállítása válik lehetővé.

Az előállított apró eszközök egy része szándékunk szerint a fény segítségével lesz mozgatható. Ezeknek az eszközöknek egyik első példánya egy üveg felületre polimerizált és fénynyomással hajtott 10μm átmérőjű kerék (ld. ábra). A kereket a mellé integrált, szintén lézeres polimerizációval készült fényvezető szálból kilépő fény hajtja meg. Hasonló módon előállított és fénnyel hajtott kerekek bonyolultabb feladatokat ellátó összetett szerkezetekben, megfelelő áttételeken keresz-tül erőforrásként szolgálhatnak. Az áttételek terveink szerint a makrovilág fogaskerék, fogasléc áttételeivel azonos módon működnek. Sikeresen polimerizáltunk már az áttételhez szükséges fogaskereket (7μm átmé-rővel), valamint az alkatrészek mozgatásában szerepet játszó spirálrugót (5μm átmérővel).

Fontos kutatási területünk a módosított lézer-nyalábokkal való polimerizáció is. Ebben az esetben a lézernyalábot megfelelő optikai eszközökkel úgy alakítjuk, hogy egyetlen pont helyett egy komplex mintázatot világítson meg és ezáltal polimerizáljon a mintában. Mivel így a lézernyaláb pásztázása feles-legessé válik, a polimerizációs eljárás nagyfokú egy-szerűsítését érhetjük el.


A lézeres polimerizációval előállított mikroszerkezetek alkalmazhatók lehetnek például pikoliter térfogatú fo-lyadék pumpálására, laminárisan áramló folyadék keve-résére, egyedi sejtek vagy sejtalkotók manipulálására.

Fénnyel HajToTT mIkrogéPek a BIológIáBan

Témavezető: dr. kelemen lórándTel.: 62-599-600/419E-mail: [email protected]


14

BIo

fIzI

ka

A kiroptikai spektroszkópia legfontosabb felhasz-nálási területe a biopolimerek, elsősorban a fehér-jék és nukleinsavak térszerkezetének vizsgálata. A peptidek és fehérjék cirkuláris dikroizmus (CD) spektroszkópiája a rutinszerűen vizsgált színkép-tartományban (185-250 nm) közvetlen információt szolgáltat a királis (aszimmetrikus) környezetben lévő amidcsoportok relatív térbeli elhelyezkedéséről, ami elsősorban a másodlagos szerkezettől függ. A CD egyszerű és gyors módszer, amelynek időskálá-ja a femtoszekundum tartomány alatt van. A mérés időskálája következtében elvben bármely összetett CD-spektrum az egyes konformerekre jellemző, tiszta komponens-spektrumokra bontható fel. A módszer sikeresen kombinálható a hasonló időská-lájú vibrációs spektroszkópiai módszerekkel (infra-vörös, vibrációs cirkuláris dikroizmus, Raman). Az elmúlt években hazai és nemzetközi együttműködés keretében számos területen végeztünk vizsgálatokat, amelyek közül a legfontosabbak:

– Az Alzheimer kór kialakulásában döntő sze-repet játszik a 42 aminosavból álló neurotoxikus amiloid polipeptid, amelynek aggregációja az ideg-sejtek elhalásához vezet. Az aggregáció során az amiloid másod- és harmadlagos szerkezete megvál-tozik, amely CD spektroszkópiával követhető. Kom-

binált CD és infravörös (FTIR) spektroszkópia segít-ségével a különböző kisméretű peptidek, fémionok, stb aggregációt befolyásoló hatását tanulmányozzuk.

– Az antiszensz oligonukleotid (AON) modulált génexpresszió az orvosi terápia új és ígéretes területe. Az eljárás során különböző fúziós peptidekkel kom-binált AON-t juttatnak a sejtekbe. Vizsgálataink cél-ja olyan fúziós peptidek kiszűrése, amelyek hatékony membrán-transzlokációs és célbajuttató képességgel rendelkeznek. A fúziós peptid-AON komplexképző-dés CD és FTIR spektroszkópiával követhető, és meg-állapítható a penetráció szempontjából legkedvezőbb peptid/AON moláris arány is. A biológiai kísérleteket külföldi együttműködésben végezzük.

– Az utóbbi években nagy érdeklődés mutat-kozik a nem-vizes enzimológia iránt. Az enzi-mek más kata lizátorokkal el lentétben ugyanis sztereoszelektívek. A szerves oldószer/víz elegyében is működő hidrolitikus enzimek különösen haszno-sak, ha a szubsztrát vízben nehezen oldódik, vagy egy hidrolitikus reakció visszafordítására van szük-ség. Tanulmányozzuk a különböző szerves oldósze-rek és stabilizátorok hatását az enzimek (tripszin, kimotripszin, papain, pepszin, stb) másod- és har-madlagos térszerkezetére és katalitikus aktivitására.

alkalmazoTT kIroPTIkaI sPekTroszkóPIa

Témavezető: dr. laczkó ilonaTel.: 62-599-608E-mail: [email protected]


15

BIo

fIzI

ka

Az utóbbi években bámulatba ejtő eredményeket mu-tattak fel az egyedi molekula vizualizációs és manipu-lációs technikák. A biofizikai kutatásokban egyre job-ban elterjed a 20. század vége felé kifejlesztett modern műszer, az atomerőmikroszkóp, amely egy rugólapka végén található hegyes tű segítségével tapogatja le a vizsgált felületet. A rugólapka elhajlása, a pásztázás során, arányos a tű és a felszín között ható erővel. A műszer térbeli felbontásának a tű hegye szab határt. A legnagyobb felbontással készült képeken egyedi ato-mok is megkülönböz tethetőek. A készülék óriási elő-nye az elektron mikroszkóppal szemben, hogy a min-tát a saját természetes környezetében képes vizsgálni, lehetőséget biztosítva arra, hogy egyes fehérjéket, vagy sejteket valós működésük közben figyelhessünk meg.

Atomerőmikroszkóp segítségével sikerült külön-böző biomolekuláris rendszerekről olyan ismeretek-hez jutni, amelyek egyéb módszerekkel nem elérhe-tőek. Az intézetünkben folyó atomerőmikroszkópos kutatásokból néhány eredmény:

– Oligonukleotidok vizsgálata során megfigyel-tük, hogy ezen rövid nukleinsav láncdarabkák csil-lám felületén önszerve ződve, hosszú láncszerű kép-ződményeket hoznak létre. A jelenségnek szerepe lehet az élet keletkezése során a fontos, információ-hordozó molekulák, a DNS és RNS kialakulásában.

– Fehérje szinten vizsgáltuk a bakteriális reak-ciócentrum kölcsönhatását szén nanocsövekkel. A kölcsönhatásból kapott komplexum ígéretes anyag a biotechnológiai alkalmazásokra.

– A bakteriorodopszin fehérjét vizsgálva sikerült direkt módon, mechanikai méretváltozás megfigye-lésével kimutatni a fehérje működése során létrejövő konformációváltozást.

– Endotél sejtek (lásd az illusztrációt) vizsgá-lata során megfigyeltük, hogy a mannitolos keze-lés befolyásolja a sejt térfogatát és rugalmasságát. Kalciumos kezelés során, hosszabb időn keresztül vizsgálva a sejteket, megfigyeltük a sejtek alak-változását.

– Vad típusú és mutáns baktériumok között ki-mutattunk alakbeli, valamint rugalmasságbeli kü-lönbségeket.


A megfigyelések során szerzett ismeretek hozzá-segítenek új nanobiotechnológiai anyagok fejlesz-téséhez, valamint gyógyszeres kezelések hatás-mechanizmusának a megértéséhez.

aTomerŐmIkroszkóP BIológIaI alkalmazása

Témavezető: dr. váró györgyTel.: 62-599-620E-mail: [email protected]


16

BIo

fIzI

ka

Az élőlények nem egyensúlyi termodinamikai rend-szerek (a termodinamikai egyensúly az élet megszű-nését jelentené), nyitott rendszerként környezetükkel állandó anyag- és energiacserét végeznek. A földi élet-ben az energia forrása végső soron a Nap sugárzása. A baktériumok egy része és a növények ezt a fényt köz-vetlenül fel tudják használni kémiai energia raktáro-zására (fotoszintézis), a többi élőlény az elfogyasztott táplálék lebontása során alakítja ki az energiaraktáro-zó ATP molekulákat.

Mind a fotoszintézis, mind az anyagcsere azon alapszik, hogy jól szervezett fehérjemolekula lánco-kon keresztül elektronok vándorolnak az alacsonyabb energiájú hely felé, mint ahogy a villamos vezetékben a hálózati csatlakozó egyik pólusából a fogyasztón át a másik pólusig. Alapvető különbség van azonban a vezeték (azaz fém) és a fehérjék elektronvezetési mód-szere között. Kutatásaink célja a fehérjék elektromos vezetési mechanizmusának jobb megértése, illetve annak vizsgálata, hogy egyes fontos fehérjék esetében a természet optimalizálta-e, és ha igen, hogyan, az elektronvezetés folyamatát.

Kísérleteinket elsősorban a citokróm c fehérjén vé-gezzük. Ez a fehérje gyakorlatilag minden élőlényben előfordul, és feladata egy elektron átvétele egy maga-sabb energiájú fehérjétől és elszállítása, majd leadása egy alacsonyabb energiájú fehérjének. A citokróm fel-színét olyan molekulával jelöljük meg, mely egy lézer-fény-impulzussal megvilágítva elektronforrássá válik, és egy elektront ad le a citokróm belsejében lévő hem csoportnak, majd onnan vissza is veszi azt. Eközben mérni tudjuk az elektronátadás sebességét, és össze

tudjuk hasonlítani a fehérje egyes tartományait, a kü-lönböző irányokat az elektronvezetés szempontjából. Modellszámításokkal magyarázzuk az elektronveze-tés hatékonysága és a fehérjeszerkezet kapcsolatát. Az ábrán a citokróm c felszínét aszerint színeztük, hogy a középen látható hem csoporttól a felszínre átlagos (zöld), annál jóval hatékonyabb (piros) vagy jóval gyengébb (kék) az elektronvezetés.


Alapkutatási kérdés, hogy a citokróm c elektronját fo-gadó, bonyolultabb, de hasonlóan fontos fehérjében, a citokróm oxidázban milyen útvonalon, milyen ha-tékonysággal történik az elektron (és az elektromos töltés) szállítása, valamint ennek energetikai hasz-nosítása. A citokróm c önmagában ígéretes molekula

biológiai alapú érzékelők, bioelektronikai eszközök építőköveként, amihez szintén érdemes megismerni a belsejében lezajló elektronáramlás sajátosságait.

FeHérjék elekTromos VezeTése

Témavezető: dr. zimányi lászlóTel.: 62-599-607E-mail: [email protected]

17

BIo

fIzI

ka

Az élet alapvető jellemzője a mozgás, és nincs ez más-képp a legmagasabb rendű élőlény, az ember esetében sem. Annak jelentősége, hogy ez a mozgás informáci-ót hordoz - akár a legmélyebb, molekuláris, sőt intra-molekuláris szintekig terjedően - intuitíve már régóta sejthető volt (ld. pl. alkohol hatása), a kvantitatív vizs-gálatához igazán alkalmas módszerek azonban csak mostanára alakultak ki, illetve még csak a kialaku-lás állapotánál tartanak. Kutatásaink jelenlegi két fő irányvonala az ember, mint objektum (akaratlagosan is befolyásolható) mozgását jellemző aktigráfia, vala-mint az ember egy kívülről is jól megfigyelhető (de akaratlagos kontrollnak gyakorlatilag nem alávethető) belső mozgását nyomon követő video-pupillográfia.

Az aktigráf - többnyire a csuklóra erősíthető, - nagyjából karóra méretű szerkezet, mellyel egy adott időszak (akár több nap vagy hét) mozgási aktivitás - idő diagramjait lehet rögzíteni, és számítógépre át-tölteni elemzés céljából.

A video-pupillográfia esetében a pupilla (pupil-lák) mozgása rövidebb-hosszabb időtartományban - általában 1-15 perc - videokamera rendszerrel kerül felvételre, s számítógéppel elemzésre.

Mindkét módszerünk alkalmasnak bizonyult a hangulatzavar (depresszió) és az egészséges állapot között eltérés kimutatására. Mindkét módszerünk jól felhasználható az - egyébként más objektív eljárá-sokkal nehezen meghatározható - éberség mérésére, melyben a video-pupillográfia erőssége az aktuális

éberség, míg az aktigráfiáé a hosszabb távú, átlagos éberség és periodicitásának jellemzése.

Az aktigráfia segítségével már az eddigiekben is sikerült a napi mozgási aktivitás magasabb struktú-rákba szerveződését igazolnunk, és jellemeznünk. A sötétben alkalmazott video-pupillográfiával pedig - mint relatíve kis vizsgálati időigényű eljárással - akár egy mérésen belül következtetni lehetett az éberség természetes (pl. hiperaktív gyerekek), vagy szer (pl. nikotin) indukálta változásaira. Másfelől, szobai meg-világítási körülmények között, a video-pupillográfia alkalmas a szimpatikus/paraszimpatikus idegrend-szeri aktivitás egyensúlyában bekövetkező természe-tes, szer (pl. metilfenidát) vagy hatás (pl. fényterápia) indukálta változásainak feltárására is.

Laboratóriumainkban az aktigráfiában és a video-pupillográfiában még nem alkalmazott új elemzési módszerek bevezetése, és fejlesztése is folyik, mint pél-dául wavelet-analízis, eloszlás-függvények elemzése.


Módszereink alkalmasak az emberi viselkedés, gondol-kodás, és ezek időbeli szerveződésének, valamint pato-lógiás elváltozásainak jobb megismerésére, gyógyszerek agyra gyakorolt hatásának, oda történő transzportjá-nak, illetve eliminációjának tanulmányozására (szer-kölcsönhatások segítségével pedig akár inter- vagy int-ramolekuláris folyamatok jellemzésére is).


Humán BIoFIzIka, mozgásanalITIka

Témavezetők: dr. Tokaji zsoltTel.: 62-599-610E-mail: [email protected]

dr. dér andrás Tel.: 62-599-606


molekulárIs neuroBIológIaI laBoratórIum

18

BIo

fIzI

ka

Az utóbbi évek egyik örvendetes tendenciája az átlag-életkor növekedése. Ennek paradox következménye, hogy azon betegségek előfordulása emelkedik, melyek kialakulásának fő rizikófaktora az előrehaladott élet-kor. Ilyenek az idegrendszer degeneratív elváltozásai. Ezek általános velejárója, hogy az érintett személyek testileg vagy szellemileg lassan magatehetetlenné vál-nak, hosszú éveken át ápolásra szorulnak, ami súlyos terhet ró családjukra, és a társadalomra. Erre példa – egyben kutatásunk tárgya – a mozgató idegrendszer betegsége (az ún. amiotrofiás laterálszklerózis – ALS), melyben szenvedők gondozásának költsége (amerikai adatok alapján) évi 200,000 dollár/fő. Csupán e szám-adatot tekintve sem véletlen, hogy az orvos-biológiai kutatások súlypontja az idegrendszer degeneratív be-tegségeinek kutatására helyeződik át. Az ALS kutatá-sától – a neurodegeneratív betegségek pusztító mecha-

nizmusainak hasonlósága miatt – azt reméljük, hogy általánosan érvényes, más betegségek megértéséhez is hasznos ismeretanyaghoz juthatunk.

Az ALS első diagnózisát a XIX. század végén vé-gezték el. Eszerint, a harántcsíkolt izmok sorvadása, majd bénulása az agykérgi, az agytörzsi és a gerinc-velői motoneuronok sérülésének a következménye.

Az ALS kiváltó okát (eltekintve a családi formá-tól) nem ismerjük, de a betegségben működő számos folyamat közül a kalcium háztartás olyan sérülését sikerült kimutatnunk, mely több károsító mechaniz-must is erősíthet, így a gyógyítás kulcsa lehet. Hipoté-zisünk tesztelésére genetikailag módosított állatokon végeztünk kísérleteket, melyek kalcium háztartása kevésbé volt sérülékeny. Bár a betegséget modellező állatok élettartamát ezzel a transzgenikus beavatko-zással meghosszabbítottuk, a remélt „teljes gyógyító hatás” elmaradt. Új stratégiánk: a motoneuronok és a környező sejtek együttes szemlélete. Filozófiánk, hogy „motoneuron betegség ≠ a motoneuronok betegsége”, vagyis a mozgató idegsejtek degeneratív betegsége nem egy „önmeghatározó” folyamat, hanem az idegi károsodást szabályozó tényezőket a mozgató idegsej-teken kívül is kell, hogy keressük.


A környéki (mikroglia) sejteknek a mozgató idegsej-tek degenerációjában betöltött aktív szerepét egyik legutóbbi kísérletünk igazolta. Vizsgáljuk, hogy a motoneuronokra és az ezekre a sejtekre együttesen irányuló beavatkozás segít-e a motoneuronok ellen-álló képességének fokozásában, ami az ALS-t tekint-ve terápiás lehetőséget kínálhat.

neuronálIs degeneráCIó

Témavezető: dr. siklós lászlóTel.: 62-599-611E-mail: [email protected]


neuronálIs ProTekCIó és PlaszTICITás

Témavezető: dr. párducz árpádTel.: 62-599-604E-mail: [email protected]

19

BIo

fIzI

ka

Az utóbbi időben alapvetően megváltozott szem-léletün k a nemi hormonok és elsősorba n a z ösztrogén szerepét illetően. Kiderült ugyanis, hogy a neuroendokrin szabályozásban játszott szerepe mel-lett fontos organizáló és morfogenetikai tulajdon-ságokkal rendelkezik, ennek alapján inkább számos fehérje expresszióját befolyásoló általános modulá-tornak tekintik.

Felelős az idegrendszer szerveződésében és működésében megnyilvánuló nemi különbségek kialakulásáért, de a klinikai adatok ugyanakkor azt is mutatják, hogy fontos szerepet játszhat az idegrendszer védelmében, a neuroprotekcióban is. Így például az ösztrogén kezelés csökkenti az Alzheimer betegség kockázatát, késlelteti kialaku-lását és elősegíti a gyógyulást traumatikus ideg-rendszeri sérülések után. A neuroprotektív hatás sejt il l. molekuláris szintű alapjairól keveset tu-dunk annak ellenére, hogy a kérdésnek fontos kli-nikai vonatkozásai lehetnek.

A laboratóriumunkban azon sejt és molekuláris szintű mechanizmusokat tanulmányozzuk, melyek az öregedésből ill. agyi sérülésekből adódó funkci-onális károsodások enyhítését lehetővé teszik. Iga-zoltuk, hogy az ösztrogén fontos szerepet játszik az idegsejtek közötti szinaptikus kapcsolatok kialakulá-sában és átrendeződésében. Ez fontos tényezője lehet a neuroprotektív hatásnak, hiszen a neuronok pusztu-

lása az idegi kapcsolatok elvesztésével is jár, és a rege-neráció ez esetben új szinapszisok létrejöttét igényli.

Az utóbbi években előtérbe került az ösztrogén terápiás alkalmazásának lehetősége, de egyre nyil-vánvalóbbá válik, hogy az ösztradiol rendszeres te-rápiaszerű alkalmazása korlátozott, ezért szükség lenne egyéb, neuroprotektív célzatú kezelésben hasz-nálható szteroidokra. Ilyen lehet a neuroszteroidok közé tartozó dehidroepiandroszteron (DHEA), mely a tesztoszteron és az ösztradiol prekurzora, a vér-ben a legmagasabb koncentrációban megtalálható szteroid. A DHEA állatokban neuroprotektív ha-tású, ugyanakkor férfiak és nők DHEA-nal történő kezelése jótékony hatással van a fizikai, pszichikai és kognitív állapotra anélkül, hogy bármilyen pato-lógiás elváltozás kockázatát növelné, vagy endokrin változásokat idézne elő.


Olyan, a hormonhatásokra érzékeny célmoleku-lákat keresünk, melyek ismerete hasznos lehet neuroprotektív hatású farmakonok tervezésében. A gyakorlati alkalmazás oldaláról nézve eredmé-nyeink új stratégiák kidolgozását segíthetik elő a neurodegeneratív betegségek elleni, minimális mel-lékhatással rendelkező hormonalapú gyógyszerek tervezésében.


Vér-agy gáT PaTológIa

Témavezető: dr. deli MáriaTel.:62-599-602E-mail: [email protected]

20

BIo

fIzI

ka

Az agyi hajszálerek tápláló és védő funkcióikkal vesz-nek részt az idegrendszer működéséhez szükséges ál-landó, szigorúan szabályozott környezet megteremté-sében. Az agyi erek belhámsejtjei, az agyi endotélsejtek különleges működésüket és tulajdonságaikat az őket környező sejtekkel, a gliasejtekkel, az idegsejtekkel és a pericitákkal való szoros kölcsönhatásnak köszönhe-tik. A vér-agy gát az agyi endotélsejteknek és a szom-szédos sejteknek dinamikus működési egysége.

Dr. Kis Bélával végzett kutatásaink során sikerült kimutatnunk, hogy a vér-agy gát sejtjei által termelt adrenomedullin erősíti az agyi endotélsejtek különleges tulajdonságait és fontos eleme a sejtes kölcsönhatásnak.

A vér-agy gát többszörös védelmi rendszere azon-ban számos betegségben sérül, így idegrendszeri bakteriális és vírusfertőzésekben, neurodegeneratív betegségekben. Ezekben a kórállapotokban csökken az agyi endotélsejtek által az idegsejtek számára aktí-van bejuttatott tápanyagok mennyisége. Nő a vér-agy gát áteresztőképessége, ezzel a vérből bejutó káros

anyagok mennyisége (pl. albumin), ami hozzájárul az idegsejtek további pusztulásához és a betegségek súlyosbodásához. Az agyi hajszálerek működésének kis mértékű változása is súlyos és tartós idegi műkö-dési zavarhoz vezethet.

Kísérleteink során azt vizsgáljuk, hogy betegsé-gek létrejöttében kulcsfontosságú tényezők milyen hatást fejtenek ki a vér-agy gátra és annak műkö-désére, illetve hogyan, milyen hatóanyagokkal lehet a károsító hatásokat kivédeni. Igazoltuk, hogy az Alzheimer-kór és a prion betegségek kialakulásá-ban fontos szerepet játszó amiloid peptidszakaszok közvetlenül károsítják az agyi endotélsejteket, és gátolják működésüket. Ezt a hatást sikerült kivéde-ni pentozán kezeléssel. A pentozán, a heparinhoz hasonló szerkezetű növényi hatóanyag a bakteriális sejtfal komponens lipopoliszacharid toxikus hatása ellen is hatékonynak bizonyult.

Az SZTE Gyógyszertechnológiai Intézetével együttműködésben gyógyszerek idegrendszerbe való bejuttatására keresünk új módszereket. Az or-ron keresztül való gyógyszerbeviteli utat, és a vér-agy gát transzportrendszereit kihasználó nano-partikulumokat vizsgáljuk.


Az agyi endotélsejtek védelme, a vér-agy gát műkö-désének javítása, valamint új gyógyszerbeviteli utak, és lehetőségek feltárása új terápiás lehetőségeket te-remthet az idegrendszeri betegségek kezelésében.


az agyI endoTélsejTek mŰkÖdésének molekulárIs alaPjaI

Témavezető: dr. krizbai istvánTel.: 62-599-602E-mail: [email protected]

21

BIo

fIzI

ka

A központi idegrendszer számára a vér-agy gát biz-tosítja azt az elkülönített biokémiai környezetet, amely működése számára létfontosságú. E gát ki-alakításában és fenntartásában az agyi erek illetve kapillárisok endotél sejtjei alapvető szerepet játsza-nak. Számos olyan központi idegrendszeri megbete-gedés ismeretes, mint amilyenek az agyi ischaemia, a központi idegrendszer gyulladásos és daganatos megbetegedései, amelyek a vér-agy gát sérüléséhez, és ezáltal a központi idegrendszer homeosztázisának felbomlásához vezethetnek. Ennek súlyos következ-ményei lehetnek a kórkép lefolyását illetően.

Ugyanakkor éppen a vér-agy gát relatív imper-meabilitása az, ami megakadályozza azt, hogy kü-lönböző gyógyszerek terápiás koncentrációban jussanak be az agyba. A vér-agy gát legfontosabb alkotóelemei az agyi endotélsejtek, amelyek úgyne-vezett szoros zárókapcsolatok segítségével kapcso-lódnak egymáshoz.

Csoportunk kutatásainak célja az agyi endotél-sejtek működését fiziológiás és patológiás körülmé-nyek között szabályozó molekuláris mechanizmusok megismerése. Ehhez egy in vitro vér-agy gát modell rendszert alkalmazunk. A közelmúlt kutatásai során sikerült kimutatnunk, hogy különböző idegrendszeri kórképekben, mint amilyenek az agy vérellátásának a zavarai és a vérzéses sokk, a szoros zárókapcsolatokat alkotó fehérjék mennyisége olyan mértékben csök-ken, ami funkciójuk ellátását akadályozza. Ezzel

párhuzamosan olyan sejten belüli jeltovábbító me-chanizmusokat találtunk, amelyek befolyásolni ké-pesek agyi endotélsejtekben a gát funkciók ellátását. Kutatásaink célja azonosítani azokat a jeltovábbító útvonalakat, amelyek agyi megbetegedések során a vér-agy gát sérülésében kulcsszerepet játszanak.


Az agyi endotélsejtek és a vér-agy gát működését sza-bályozó molekuláris mechanizmusok megismerése jelentősen hozzájárul egyes idegrendszeri betegségek patomechanizmusának megértéséhez. Ugyanakkor azon molekulák azonosítása, amelyek kulcsszerepet játszanak a vér-agy gát sérülésében, új terápiás cél-pontok kifejlesztéséhez vezethetnek.

memBránszerkezet és dInamIka csoport

a VakuolárIs ProTon-aTPáz: egy BIomemBránBa éPÍTeTT nanogéPezeT

Témavezető: dr. páli Tibor Tel.: 62-599-603E-mail: [email protected]

22

BIo

fIzI

ka

Az élő sejtek egyik legfontosabb sajátsága, hogy bennük az ionok nem egyenletesen oszlanak el. Ez egyes életfo-lyamatok következménye, míg mások hajtómotorja is egyben. A közeg a sejtek belső kamráiban és gyakran a sejten kívüli térben is savasabb, mint a citoplazma. Ezt a proton koncentrációban meglévő különbséget első-sorban a sejtkamrák membránjában és a plazmamemb-ránban is megtalálható, két doménből álló memb-ránfehérje, a vakuoláris proton-ATPáz (V-ATPáz) biztosítja. A fehérje ATP-t hidrolizál és az ebből nyert energia révén protonokat mozgat a membránon keresz-tül. A V-ATPáz mindkét doménje több alegységből áll. A mellékelt ábra csak a membránban lévő protont szál-lító rész fő alegységeit mutatja sematikusan. Működése során a fehérje 6 alegységből álló központi gyűrűje (az ábrán téglapiros rotor) forgó mozgást végez a memb-ránban rögzített alegységhez képest (ami az ábrán a zöld kar). Proton csak a rotor és a kar érintkezési felüle-tén, a forgás miatt periódikusan kialakuló és megszűnő csatornán keresztül haladva juthat át a membránon.

A fehérje tekinthető egy membránba épített nanogépezetnek, afféle motoros futószalagnak,

amely protonokat szállít egy gáton, a membránon ke-resztül. Az ilyen molekuláris motorok atomi felbon-tású szerkezetének meghatározása és működésének, szabályozásának megértése a biofizika egyik legfon-tosabb kihívása napjainkban. A membránfehérjék és a membránokban zajló életfolyamatok tanulmá-nyozására spektroszkópiai technikákra alapozott szerkezetbiológiai módszercsomagot fejlesztettünk ki, amelyet folyamatosan továbbfejlesztünk. A mód-szer lényege, hogy a fehérjéket vagy eredeti lipid környezetükben hagyjuk, vagy olyan mesterséges membránba építjük, ahol a funkciójuk ellenőrizhető. Ezután spektroszkópiai és kalorimetriás módszerek-kel adatokat gyűjtünk a szerkezetükről és működé-sükről. Végül az eltérő típusú adatokat molekula-mechanikai és fizikai modellekben egyesítjük. Ez a módszer különösen jól működik membránfehérjék esetében, amelyek egyébként a klasszikus szerkezet-biológiai módszerekkel nehezen vizsgálhatók, vizes közegben való gyenge oldékonyságuk miatt.


Kutatásaink nagyrészt arra irányulnak, hogy a V-ATPázról minél több, a funkció szempontjából releváns szerkezeti adatot gyűjtsünk, amelyek alap-ján működését modellezzük. Emellett vizsgáljuk potenciális gátlóanyagok hatásmechanizmusát is. A V-ATPáz szerepet játszik több betegségben (például daganatok áttétjeinek kialakulásában, csontritkulás-ban). Ezért a fehérje szövetspecifikus gátlása igen ko-moly gyógyászati jelentőséggel bír.

Témavezető: dr. páli Tibor


FeHérjék gomBolyodása és szerVezŐdése BIomemBránokBan

23

BIo

fIzI

ka

Az életfolyamatokat elsősorban fehérjék végzik, illetve katalizálják. A fehérjék működésük során jól meghatározott konformációváltozás sorozaton men-nek keresztül. A natív konformációk kialakulása, így a működés hatásfoka, vagyis az életfolyamatok minősé-ge nagymértékben függ a fehérjéknek a közvetlen kör-nyezetükben lévő molekulákkal való kölcsönhatásától. Különösen igaz ez a membránfehérjékre, legyenek azok a lipid kettősréteg belsejébe ágyazva, vagy a membrán felszínéhez kötve. Korábbi, részben saját kutatásaink igazolták, hogy a membránfehérjék lényegesen befolyá-solják a velük kölcsönható lipidek dinamikáját, akkor is, ha azok nem kötődnek kovalensen a fehérjéhez. Az is elfogadott, hogy a membránfehérjék működése függ a hozzájuk nem kovalensen kötődő lipidektől is. Ennek a lipid-fehérje kölcsönhatásnak szerkezeti következmé-nye is van mind a fehérjékre, mind a lipidekre nézve, azaz a membránfehérjék és lipidek szerkezetileg és di-namikailag is csatolódnak a közös határfelületükön.

Az ábrán látható molekulamechanikai modell példaként egy kis transz-membrán fehérje felszínét mutatja az őt közvetlenül körülvevő lipidekkel együtt

(amelyek egy részét a jobb láthatóság érdekében el-távolítottuk). Látható, hogy a lipid láncok jól illesz-kednek a fehérje rögös felszínéhez. Ugyanakkor ezen egyenetlenségek mértéke és a membrán vastagsága egymással összefügg. Ugyanis a nagyobb fehérje-fel-színi egyenetlenség rendezetlenebb, míg a nagyobb membránvastagság rendezettebb lipid láncokat té-telez fel. Sok év kísérleti adataira támaszkodva mo-lekula-mechanikai számításokkal igazoltuk, hogy a spektrálisan elkülöníthető immobilis lipid hányad azonos a fehérjét körbevevő első lipid réteggel.

Kutatásaink egyik fő célja jelenleg annak vizsgála-ta, hogy a membránba beépülő vagy annak felszínére kötődő fehérjék gombolyodását és szerveződését ho-gyan befolyásolja a membránok kémiai összetétele és fizikai állapota. Ezt egyrészt spektroszkópiára alapo-zott szerkezetbiológiai módszereinkkel kísérleti úton tanulmányozzuk, másrészt molekula-mechanikai modellszámításokat végzünk, kísérleti adatokra ala-pozva. A kísérleteket és a modellezést a fehérjéknek a membránok szempontjából három reprezentatív cso-portján végezzük: transz-membrán alfa-hélix ill. bé-tahordó fehérjéken, valamint vízoldékony, de funkci-ójukban biomembránokkal is kölcsönható fehérjéken.


Bármely technika, legyen az kísérleti vagy tisztán elméleti, amely közelebb visz a fehérjék gombolyodásának részletes megértéséhez, és azon keresztül a szerkezeti predikciók megbízhatóságának lényeges javításához, jelentős elő-relépést jelenthet a szerkezetbiológia területén. Ennek, többek között, közvetlen gyógyászati és ipari jelentősége lenne. Ez különösen fontos a membránfehérjék esetében, amelyekre a klasszikus szerkezetbiológiai módszerek csak nagy nehézséggel és korlátozottan használhatók. Éppen ezért fő célunk egy, a saját kísérleti adatainkra épülő fe-hérjeszerkezeti predikciós algoritmus kifejlesztése.


a CITokróm B561 FeHérjék

Témavezető: dr. Bérczi alajosTel.: 62-599-617E-mail: [email protected]

24

BIo

fIzI

ka

1971-ben skandináv kutatók marha mellékvese-kéreg idegsejtjeiben találtak egy olyan membránba ágyazódott b-típusú citokrómot, amely elektronokat vitt át a biomembrán egyik oldaláról a másikra, de nem volt tagja a mitokondriális elektrontranszport-láncnak; nélkülözhetetlen volt az idegsejtekben ter-melődő ingerületátvivő anyagok szintézisénél; és működéséhez C-vitamin jelenlétére volt szükség. Ezt a fehérjét a spektroszkópiai tulajdonságai alap-ján citokróm b561 fehérjének nevezték el. A fehérje minden fontos fizikai és kémiai jellemzőjét megha-tározták már, pontos térszerkezete és működési me-chanizmusa azonban mindmáig ismeretlen.

A citokróm b561 fehérjéhez hasonló fehér-jék megtalálhatók az élővilág minden magasabb szervezettségi szintjén, állatokban és növények-ben egyaránt. A fehérje család tagjaira az a legjel-lemzőbb, hogy a biomembrán egyik oldalán egy

elektront (e–) vesznek át C-vitamin molekuláktól (ASC), azt a biomembránba beágyazódott „testü-kön” keresztül átszállítják a biomembrán másik oldalára, és ott átadják elektronra várakozó mole-kuláknak (Aox). Az ismert esetekben az elektront fogadó molekula a C-vitamin-gyök (Aox = ASC*). Egyik fontos kutatási célunk az elektront befoga-dó molekulák azonosítása a különböző citokróm b561 fehérjéknél, amiből k iderül, hogy milyen életfolyamatokban játszanak szerepet az újonnan felfedezett membránfehérjék.

A fehérje család eddig azonosított tagjait mindig olyan biomembránban találták meg, amely egy sa-vas térrészt választott el a közel semleges kémhatá-sú citoplazmától, és amelyben proton-ATPázok (pl. V-ATPáz) biztosították a térrész savasságát. Bizo-nyos, hogy a citokróm b561 fehérje család valameny-nyi tagja szerepet kap a C-vitamin anyagcserében. Feltételezhető, hogy a fehérje család egyes tagjai részt vesznek a vas anyagcserében is. Bizonyított, hogy az egyik b561 fehérje megjelenik a rákos sejtek memb-ránjában, amikor a rákos sejt bizonyos védekezési mechanizmusai „aktiválódnak”.


A citokróm b561 fehérjék szerkezetének, biológiai szerepének és bioregulációjának megismerése új le-hetőségeket nyithat meg a gyógyszerkutatás és nö-vénynemesítés számára.


lIPId-FeHérje kÖlCsÖnHaTások BIológIaI és modell rendszerekBen

Témavezető: dr. szalontai BalázsTel.: 62-599-605E-mail:[email protected]

25

BIo

fIzI

ka

Membrán nélkül nincs élő szervezet. A membránok határolják el a sejteket a külvilágtól, de ugyanakkor a membránokban foglalnak helyet azok a fehérjék, amelyek a sejtek számára közvetítik a külvilág jel-zéseit, lebonyolítják a sejtek anyagcseréjét. A sejtek belsejében levő membránokban zajlanak az ener-giatermelő folyamatok, beleértve az egész földi élet számára elsődleges fontosságú fotoszintézist is. Több szervezet teljes genetikai állományának fel-térképezése alapján úgy tűnik, hogy a teljes genom kb. 30%-a membránfehérjéket kódol. Ehhez képest a több tízezer atomi felbontásban ismert szerkeze-tű fehérjéből mindössze néhány tucat a membrán-fehérje. Ennek az az oka, hogy membránok rend-kívül összetett képződmények, ahol a fehérjék a lipidekkel együtt alkotnak funkcionális egységeket. A lipidek biztosítják a membrán szigetelő képes-ségét, illetve kettősrétegük hidrofób belsejében a működési feltételeket a membránfehérjék számára. Ezért a membránfehérjék külön, magukban, igen nehezen vizsgálhatóak, és mindig kérdéses, hogy az esetleg kapott eredmények milyen viszonyban van-nak a valóságos viszonyokra jellemzőkkel.

A probléma megoldására két, egymással ösz-szefüggő lehetőség kínálkozik. Egyrészt a biológiai membránok vizsgálata, úgy, ahogy vannak, egyes tulajdonságaikra szelektíven érzékeny módszerek alkalmazásával. A másik, olyan modell rendszerek kialakítása, amelyek a természeti körülményeket a

lehető leginkább megközelítve teszik lehetővé egyes fehérjék, folyamatok vizsgálatát.

E stratégiának megfelelően egyrészt biológiai membránokban az eredeti szerkezetet egyáltalán meg nem változtató módszerrel, infravörös spektro-szkópiával vizsgáljuk a fehérjék és a lipidek kölcsön-hatását, amit az tesz lehetővé, hogy a fehérjékre, il-letve a lipidekre jellemző tartományok elkülönülten jelennek meg az infravörös spektrumban. Másrészt olyan modellrendszereket fejlesztünk ki, ahol a sej-tekben meglévő, a biológiai membránokat kifeszítő fehérjékből álló „vázat” mesterségesen, molekulán-ként, nanotechnológiai módszerekkel készítjük el, és erre feszítünk fel egy mesterséges lipid membránt, amibe be tudjuk ágyazni a vizsgált fehérjéket. Ezeket a fehérjéket tanulmányozzuk aztán különféle mód-szerekkel (infravörös spektroszkópia, atomerő mik-roszkópia, elektrokémia).


Minden későbbi hasznosításhoz elengedhetetlen az alapjelenségek megértése, ez kutatásaink fő célja. Re-ményeink szerint azonban az általunk kifejlesztett modell rendszer alkalmas lesz arra is, hogy orvos-biológiai szempontból fontos fehérjék (pl. ioncsator-nák) működését, és ennek során egyes (potenciális) gyógyszerekkel való kölcsönhatását, működésének befolyásolhatóságát tanulmányozzuk.

redox metalloenzImek csoport

BIoHIdrogén

Témavezetők: dr. kovács kornélTel.: 62-546-930E-mail: [email protected]

dr. rákhely gáborTel.: 62-546-940


26

BIo

fIzI

ka

A 21. század küszöbén globális környezeti és ener-gia válsággal kell szembenéznie az emberiségnek. Ameddig fosszilis energia bőségesen áll rendelkezés-re, életünk minden mozzanatát ennek felhasználá-sával tettük és tesszük kényelmessé. Mára azonban egyértelműen sokasodó bizonyítékok sora ébreszti rá a politikai döntéshozókat is, hogy a fosszilis ener-gia féktelen habzsolása a környezetet súlyosan káro-sítja, ami hamarosan az emberiség és rajtunk kívül számos faj földi létét veszélyezteti. A legegyszerűbb kémiai szerkezettel rendelkező molekulára, a hidro-génre (H2) ma már világszerte úgy tekintenek, mint olyan energiahordozóra, amely az emberiség fenn-tartható fejlődése érdekében képes lesz kiváltani a fosszilis energiahordozókat. Ha a hidrogént megúju-ló forrásokból állítjuk elő ipari léptékben, használata megszabadíthat bennünket a globális felmelegedés okozta környezeti katasztrófáktól, és megszüntetheti sok háborús konfliktus kiváltó okát.

A hidrogén, hasonlóan az elektromos áramhoz, egy energiahordozó, egyiket sem lehet a megszokott mód-szerekkel bányászni. H2–t vízből vagy szerves anya-gokból nyerhetünk külső, primer energiaforrás fel-használásával. Manapság a legtöbb hidrogént fosszilis energiahordozókból állítják elő, elsősorban földgázból, ami az energetikai, környezeti és politikai problémákat alapvetően nem oldja meg. Hidrogént lehet azonban termelni már ma is megújuló primer energiaforrások-ból elfogadható hatásfokkal, a biotechnológiai meg-oldások és rendszerek gyors fejlődése komoly ígéret a jövő hidrogén alapú gazdasága számára.

A biológiai hidrogén termelés és felhasználás kulcsenzime a hidrogenáz. Kutatásunk közpon-

ti feladata a hidrogenáz fehérje és a hozzá kötött fémek között i kölcsönhatás és az akt ív enzim bioszintézisét irányító törvényszerűségek meg-ismerése a metalloenzimekben. A hidrogenázok molekuláris biológiai kutatása máris elvezetett olyan baktérium törzsek előállításához, amelyek kiemelkedő hidrogéntermelő aktivitással rendel-keznek. A legtöbb ilyen hidrogéntermelő “bajno-kot” egy egyszerűen és olcsón szaporítható, köny-nyen kontrollálható fotoszintetizáló baktériumból állítottuk elő.


A baktérium genomjában tárolt információtömeg megismerésével olyan új mutánsokat tervezhetünk és hozhatunk létre, amelyek eddig nem ismert biohidrogén termelő képességgel rendelkeznek anélkül, hogy a környezetre és biodiverzitásra a legkisebb veszélyt jelentenék. Ezek lesznek a jövő hidrogén társadalmának szorgos munkás hajtó-motorjai.

Biomassza

2H+

2H2O

O2 + 2H+

Fotoszintézis

2H+

Sötét fermentáció

Hidrogenáz

Hidrogenáz

elektron hordozó

e-e-

e-

e-

Szerves anyagokpl. toll

elektron hordozó

Témavezető: dr. kovács kornél


BIogáz

27

BIo

fIzI

ka

A fotoszintetizáló élőlények elterjedésének eredmé-nyeként a Földön oxidáló atmoszféra alakult ki, tehát a legtöbb vegyület, ami szennyeződésként környeze-tünkben megjelenik, valamilyen oxidációval járó fo-lyamat terméke. Ártalmatlanításukra gyakran csak akkor van mód, ha redukáljuk azokat. A biológiai re-generáláshoz, a bioremediációhoz pedig aligha lehet biztonságosabb és alkalmasabb redukálószert találni, mint a biológiai rendszerek által helyben megtermelt H2. Ezt az elvet alkalmazzuk a szerves hulladékokat biogázzá alakító mikrobiológiai folyamat befolyásolá-sára. Biogáz akkor képződik, amikor szerves anyagok levegőtől elzárt környezetbe kerülnek. Ilyenkor szinte kivétel nélkül a szerves anyagon olyan mikróba kö-zösségek szaporodnak el, amelyek a szerves anyagokat lebontják, elfogyasztják. A sokféle parányi élőlényből szerveződő közösség egyes tagjai az életben maradá-suk érdekében egymásra vannak utalva, ezen az ala-pon jól szervezett munkamegosztással rendelkező kö-zösséggé formálódik. A közösség hajtóereje az, hogy az egyes mikrobák az életükhöz szükséges energiát a szerves anyagok szén-szén kötéseiben tárolt kémi-ai energiából nyerik. Amikor a sok szén-szén kötést tartalmazó molekulákat addig darabolják, amíg nem marad már felszakítható energiadús kötés, a maradé-kot (CH4 és CO2 gáz keverék formájában) a környe-zetükbe ürítik, ezt hívjuk mi biogáznak.

A természetben maguktól kialakuló mikróba kö-zösségek természetesen nem ennek a számukra fe-

lesleges gáznak a maximális termelésére törekednek. Kimutattuk, hogy a biogázt termelő összetett reakció-sor működése felgyorsítható, ha az általunk kidolgo-zott módon a folyamat egyes mikrobiológiai lépései-be beavatkozunk. Az eljárást hígtrágya, kommunális szennyvíziszap, energianövények és szilárd kommu-nális depónia anaerob kezelésére üzemi körülmények között teszteltük és hasznosítottuk. A biotechnológiai beavatkozással a biogáz termelés hatékonysága, ezzel gazdaságossága jelentősen fokozható.


A biogáz technológia hatékonyságát nem egyedül a hidrogén termelés gyorsasága határozza meg. A mik-robák viselkedését más környezeti paraméterek is je-lentősen befolyásolják. A fent bemutatott stratégiával jelentősen tovább növelhető a technológia hatékony-sága és gazdaságossága.

Tehén: 2-3 nap

Mezofil: 30-60 napTermofil: 15-30 nap


BIoremedIáCIó

Témavezető: dr. kovács kornél

28

BIo

fIzI

ka

A mikroorganizmusok metanotróf anyagcserét vég-ző csoportjára jellemző enzimeknek tulajdonítható az a tulajdonságuk, hogy a súlyos környezetvédelmi és közegészségügyi károkat okozó klórozott szén-hidrogének jelentős hányadát képesek ártalmatlanná tenni. Elsőként mutattuk ki, hogy a metanotrófokban a metán és hidrogén anyagcsere között funkcionális kapcsolat van. Ez azt jelenti, hogy a metanotrófok működése során három gáz halmazállapotú anyag (CH4, O2, H2) egyidejű kezelésére van szükség, aminek molekuláris mechanizmusa nem ismert, és nyilvánvalóan számos új alapkutatási kérdést és gya-korlati hasznosítási lehetőséget vet fel.

A tudományos kihívás és a potenciális gyakorlati hasznosítás egyaránt motiválja azokat a vizsgálatokat, amelyek nehezen lebontható vegyületek biológiai ár-talmatlanítására, bioremediációval végzett lebontásá-ra irányulnak. Az irodalomban leggyakrabban kezelt egyszerű szénhidrogén szennyeződések lebontása ma már mindennapos feladatnak számít, emellett sike-resen oldottunk meg bonyolultabb, adalékanyagokat tartalmazó szénhidrogén származékok, olajok, kenő-olajok és savgyantával szennyezett talaj ártalmatlaní-tását. Hasonlóan komoly szakmai kihívást jelentett a növényvédőszerek és gyógyszergyártás során kelet-kező mérgező vegyületek biológiai lebontása. Eljárást dolgoztunk ki az ellenálló, keratin tartalmú hulladé-kok (toll, szőr, pata) hatékony biológiai lebontására, a feldolgozott keratinból tiszta energiahordozót, hidro-gént állít elő a mikrobiológiai rendszer. Rendelkezünk

szénhidrogének, klórozott szénhidrogének, magas zsírtartalmú szennyeződések, kénhidrogén és más re-dukált kénvegyületek, fehérjében vagy

cellulózban gazdag szennyeződések bontásá-ra alkalmas saját fejlesztésben izolált és nemesített mikróbákkal.

A Corex-Bioner ZRt.-vel együttműködve épült fel Szegeden az a kísérleti fermentációs üzem, ahol öt független fermentációs gyártósoron, összesen 80 m3 fermentáló kapacitás működik a bioremediációban használatos mikrobák szaporítására évi 20000 m3 termelő kapacitással. Az üzemben előállított oltó-anyagok fejlesztését, a tenyésztési körülmények opti-malizálását a kutatócsoportunk végzi.


Ezt a megközelítést követve számos környezetvédelmi probléma biotechnológiai megoldását lehet kidolgozni.


redoX FeHérjék mŰkÖdése és szerkezeTe

Témavezető: dr. Bagyinka CsabaTel.:62-599-605E-mail: [email protected]

29

BIo

fIzI

ka

A redox fehérjék fontos szerepet játszanak az élő rendszer energetikai folyamataiban. Mivel energiátalakító, energia termelő és használó folya-matok az összes élőlényben megtalálhatók, a redox fehérjék kutatásának fontosságát nem lehet túlbe-csülni. A redox fehérjékben többnyire fématomok játszanak szerepet (vas, réz, stb.).

Kutatócsoportunk a Thiocapsa roseopersicina bí-bor, fotoszintetizáló kénbaktériumból izolálja a fehér-jéket. Számos fémtartalmú és redox aktivitást mutató fehérjét izoláltunk. Régi kutatási témánk a hidrogenáz enzim szerkezete és funkciója, melyről a következő kutatási téma leírásakor beszélünk részletesen. Emel-lett sikerült egy, ilyen baktériumokban eddig ismeret-len, citokróm c4 redox fehérjét, s egy kék rézfehérjét is azonosítanunk. Meghatároztuk jellemző adataikat (redox potenciál, móltömeg, stb.). Spektroszkópiai mérésekkel kiderítettük, hogy a citokróm c4 anae-rob körülmények között hőtűrő, dacára annak, hogy maga a baktérium 30 °C felett elpusztul.

Megállapítottuk, hogy a hőmérséklet emelésének ha-tására a citokróm c4-ben konformációs változások men-nek végbe, melyek anaerob körülmények között rever-zibilisek, aerob körülmények között viszont a jelenlevő oxigén hatására a konformációs változások fixálódnak.


A fehérjék vizsgálata alapvetően a hőtűrés további megértését segíti elő. Ugyanakkor a redox fehérjék-kel való mérések során új mérési technikákat is ki-dolgoztunk. Ezek közül legjelentősebb, hogy egy új fehérjeszekvenáló módszert fejlesztettünk ki egy amerikai kutatócsoporttal közösen.Az új módszer-rel tömegspektrométer segítségével határozzuk meg a fehérje aminosav sorrendjét. Az aminosav sorren-det mostanában jellemzően a nukleinsav sorrend meghatározásával és átkódolásával állapítják meg. Ez a módszer egy genetikailag nem feltérképezett organizmus esetében (és az élőlények többsége ilyen) meglehetősen komplikált és időigényes, nem is min-den esetben valósítható meg. Ugyanakkor nem fel-tétlenül a működő fehérje szekvenciáját kapjuk meg. Új módszerünk időben versenyképes a nukleinsavból történő szekvencia meghatározással, és további fej-lesztéssel az anyagmennyiség is annyira csökkenthe-tő, hogy két dimenziós gélelektroforézis fehérje folt-jaiból is meghatározható lesz a szekvencia. Hátránya pillanatnyilag, hogy drága és terjedelmes műszert (több tömegspektrográfot) igényel, ezért csak kevés helyen alkalmazható. Ennek ellenére meggyőződé-sünk, hogy ez az új módszer nagy lökést ad majd a fehérje szerkezet és funkció kutatásának.


auTokaTalITIkus enzImreakCIók VIzsgálaTa

30

BIo

fIzI

ka

Az autokata l it ikus folyamatok az élővi lágban makroszkópikusan igen gyakran megfigyelhetőek. Tipikus autokatalitikus folyamat a szaporodás. Az utód létrehozásához az élőlényeknél egy vagy két szülőre (és természetesen tápanyagra, szubsztrátra) van szükség. Az autokatalitikus folyamatokat leg-könnyebben jellegzetes térbeli mintázatukról is-merhetjük fel. Ha semmi zavaró körülmény nem jön közbe, akkor tipikusan gömbalakú (sík reakciók esetén köralakú) reakciófrontok jönnek létre, melyek sugara az időben állandóan növekszik (lásd az áb-rán). Az emberiség is hasonló módon hódította meg a Földet, az addig lakatlan területeket.

Bár az élővilágban jellegzetes, de elemi reakci-ókban mégis ritkaság az autokatalitikus működés. Munkánk során ilyen autokatalitikus reakciókat vizsgálunk biomolekulákon, enzimeken.

a hidrogenáz autokatalitikus reakciója vékonyrétegben.

Vizsgálataink alanya a hidrogenáz enzim, amely alacsonyabbrendű élőlényekben (prokariótákban,

archeákban, stb. vulgárisan „bacikban”) fordul elő. Régi maradvány ez az enzim a „bacikban”, azt felté-telezzük, hogy akkoriban alakult ki mikor a Föld lég-köre még „redukáló” volt, tehát nem volt benne oxi-gén, a légkört zömmel redukáló gázok, pl. hidrogén alkották. A hidrogenáz enzim igen egyszerű reakciót katalizál, a hidrogén gázt bontja el elektronokra és protonokra illetve, mint minden katalizátor, fordít-va is működik, tehát protonokból és elektronokból hidrogén gázt tud készíteni. Az enzim vas és nikkel atomokat tartalmaz. Kutatócsoportunk felfedezése, hogy a hidrogenáz enzim reakciója autokatalitikus.


Az autokatalitikus folyamatok más elemi biológiai folyamatok esetében is megjelennek.

Autokatalitikus folyamatok játszanak szerepet az úgynevezett „prion” betegségek (kergemarhakór, Creutzfeldt-Jakob betegség, stb.) esetében is. Az autokatalízis kinetikai megfigyelése (hogyan játszódik le a folyamat, mi történik a folyamatok során) a prion fehérjék esetében igen nehéz. Mivel a hidrogenáz re-akciója könnyen kezelhető, megfigyelhető, reméljük, hogy a megfigyeléséből kapott információk, az itt ki-fejlesztett mérési technikák a prion betegségek vizsgá-lata során is alkalmazhatók lesznek.

A hidrogenáz autokatalitikus reakciója biotech-nológiai jelentőségű is. Abban ugyan nem hiszünk, hogy a hidrogenáz segítségével biológiai úton, ipari méretekben hidrogén gázt fogunk termelni, de a hid-rogén gáz ipari felhasználásában (pl. a hidrogénnel működő tüzelőanyag cellákban) valószínűleg fontos szerepe lehet ennek az enzimnek. Kiválthatja az ott jelenleg egyeduralkodó platina és más nemesfém ka-talizátorokat, mert olcsóbb, könnyebben előállítható és nem kell bányászni, mivel a napenergia segítségé-vel hozható létre. Használatához viszont feltétlenül tudnunk kell hogyan működik.

Témavezető: dr. Bagyinka Csaba


FIlogeneTIkus Fák rekonsTrukCIója(Kooperációban Busa-Fekete Róberttel, az MTA-SZTE Mesterséges Intelligencia Kutató Csoportjából)

31

BIo

fIzI

ka

Az evolúció már több mint egy évszázada a fajok ki-alakulásának a legelfogadottabb modellje. Az evo-lúcióval foglalkozó tudományágat filogenetikának hívjuk (a szó a görög phülon = törzs és geneszisz = születés szavakból ered). A filogenetikában a legelter-jedtebb módszerek a fajok fejlődésének a folyamatát egy úgynevezett filogenetikus fával reprezentálják, amely egy súlyozott fa-gráfnak felel meg, ahol a leve-lek reprezentálják a vizsgált biológiai objektumokat. Az ilyen típusú fák rekonstrukciója mind biológiai, mind számítástudományi szempontból számos érde-kes problémát vet fel.

A különböző fajokból izolált fehérjék szekvenci-áinak összehasonlítási lehetősége új típusú vizsgála-tok elvégzésére adott alapot a filogenetikában, ami merőben átformálta a biológia ezen ágát. Míg ko-rábban a filogenetika egyet jelentett a fajok evolúciós fejlődéstanával, addig az új eredmények hatására a kutatások kiterjedtek a fehérjék öröklődésének vizs-gálatára. A filogenetika alapfeladata matematikai szemszögből egy jól definiált probléma: egy helyes fatopológiát kell hozzárendelnünk a különböző fa-jokból izolált, hasonló funkciójú és hasonló szekven-ciájú fehérjékhez. Ennek a megvalósítására számos algoritmust dolgoztak ki, amely közül néhány széles körben elterjedt, mint például a Neighbour-Joining és az UPGMA. Ezek a módszerek az úgynevezett távolság-alapú módszerek közé tartoznak, mert egy előre meghatározott távolságviszony alapján re-konstruálják a vizsgált fehérjék evolúciós történetét.

Az általunk kidolgozott módszer szintén ebbe az algoritmusosztályba esik. A Multi-Stack (MS) algo-ritmus azt a súlyozott fatopológiát keresi, amely a legjobban képes visszaadni az előre definiált távolsá-got: azaz a keresett súlyozott fában a fehérjék távol-ságai – közöttük lévő út élsúlyainak az összege - a

legkevésbé térnek el az előre definiált távolságoktól. Ennek a fának a megtalálása egy NP-teljes problé-mára vezet, ezért csak heurisztikus megoldást lehet rá alkalmazni. Az MS módszer először a vizsgált fehérjék egy-egy részhalmazára épít optimális fát, majd ezeket a részfákat összekapcsolja iteratívan. Ezt a down-top megközelítést hatékonyan tudtuk alkal-mazni több tesztkörnyezetben, és számos tradicio-nális faépítőnél hatékonyabbnak bizonyult.

Mivel a filogenetikus faépítő algoritmusok sok-szor több lehetséges evolúciós történetet is képe-sek meghatározni, vagy a különböző algoritmusok különböző fát rekonstruálnak, ezért sokszor olyan módszerekre van szükségünk a filogenetikus ana-lízis utolsó fázisaként, amely több filogenetikus fa által hordozott információt képes egy reprezenta-tív fába összegyűjteni. Az ilyen célú algoritmusokat konszenzus faépítőknek nevezzük. Általában min-den filogenetikus fa egy belső pontja egyértelműen meghatározza egy részhalmazát a vizsgált biológiai objektumoknak (a belső pont alatt található levelek által reprezentált objektumok halmaza). Tehát a fi-logenetikus fa fogalma ekvivalens a hierarchikus halmazrendszerek, vagy más szóval a kompatibilis halmazok definíciójával is. Ezt a megközelítést al-kalmazva kézenfekvő, hogy azokat a kompatibilis klasztereket szeretnénk a konszenzus fa belső pont-jaiként kiválasztani, amelyek a vizsgált fákban a legtöbbször fordulnak elő. Természetesen az input fákban előforduló klasztereken értelmezhetünk tet-szőleges valós értékű súlyfüggvényt. Ezt a konszen-zus faépítési problémát oldottuk meg hatékonyan, és megmutattuk, hogy a legelterjedtebb konszenzus módszereknél, mint például a Majority-Rule, Strict vagy Greedy konszenzus, pontosabb filogenetikus analízist lehet végrehajtani.

Témavezető: dr. Bagyinka Csaba

32

BIo

kém

Ia

33

BIo

kém

Ia

SZBKBiokémiai Intézet6726 Szeged, Temesvári krt. 62.6701 Szeged, Pf. 521.

neuroBIológIa csoport

morFIn-reCePTorok és oPIoId PePTIdek kuTaTása

Témavezetők: dr. Benyhe sándorTel.: 62-432-099E-mail: [email protected]

dr. Borsodi annaTel: 62-433-432


34

BIo

kém

Ia

A tartós és erős fájdalom (baleseti sérülések, műtétek, rákbetegség) enyhítése az orvostudomány alapvető feladata, miként ezt az orvosi eskü szövege is megfo-galmazza. Sajnos az igazán hatásos fájdalomcsillapító gyógyszerek kábítószernek minősülő hatóanyagokat tartalmaznak (morfin), amelyekhez a beteg és az egész-séges szervezetű emberek is hozzászokhatnak, illetve e szerektől függővé válhatnak (drogfüggőség, narkomá-nia). A morfinszerű gyógyszerek és kábítószerek sokré-tű hatásaikat úgy fejtik ki, hogy összekapcsolódnak az idegsejtek felületén található opioid receptor fehérjék-kel. E fehérjék tulajdonságait és működését csoportunk a biokémia és sejtbiológia eszköztárával kutatja.

az opioid receptor fehérjék (μ,δ,κ) vázlatos szerkezete

A színes korongok a fehérjealkotó aminosavakat (peptidlánc) jelentik. Sárga: mindhárom fehérjében azonos aminosav; Piros: legalább két fehérjében azo-nos aminosav; Zöld: A μ-, δ-, illetve λ-receptorra jel-lemző egyedi aminosav.

Másik kutatási területünk a testünkben képződő, ugyancsak az opioid recep-torokhoz kötődő termé-

szetes peptidek (endorfinok, enkefalinok) hatásme-chanizmusának vizsgálata.

Csoportunk által felfedezett és jellemzett opioid peptidek afrikai karmos békában (Xenopus laevis)

A ne u r op e p t id e k n a g y mole k u l a t öme g ű előanyagból (prekurzor: a szürke színű láncmole-kula az ábrán) hasítódnak ki, még a sejten belül. A hasítási helyeket nyilak mutatják. A sejtekből kijutó hatékony végtermékeket színes szakaszok jelképezik. Alattuk a számok a peptidekben lévő aminosav épí-tőegységek mennyiségét jelentik.


Eredményeink kétféleképpen járulhatnak hozzá életminőségünk javulásához: egyrészt megalapoz-hatják új, mellékhatásoktól mentes fájdalomcsil-lapító gyógyszerek fejlesztését, másrészt pedig az alapfolyamatok jobb megismerése révén a kábító-szerekkel történő visszaélések megfékezésének esz-közei lehetnek.

neuroBIológIaI csoport

a káBÍTószer FÜggŐségeT kÍsérŐ molekulárIs VálTozások agyBan

Témavezető: dr. szűcs Mária Tel.: 62-599-636e-mail: [email protected]

35

BIo

kém

Ia

A ma használatos gyógyszerek mintegy 2/3-a az ún. G-protein kapcsolt receptorokon keresztül fej-ti ki hatását. A humán genom közelmúltban feltárt szekvenciája alapján még több száz ilyen fehérje felfedezése várható, ami hatalmas perspektívát, ugyanakkor kihívást jelent a gyógyszerkutatás szá-mára. Munkacsoportunk több mint két évtizede foglalkozik a receptor fehérjékkel mind az alap-, mind az alkalmazott kutatás szintjén. Emellett Magyarországon elsők között kezdtük el a szignál transzdukcióban kulcsszerepet játszó heterotrimer G-proteineket tanulmányozni. E témakörben beteg-ségek, pathológiás elváltozások, illetve azok gyógy-szeres kezelésének hatását vizsgáljuk a célfehérjék és kapcsolt G-fehérjék szintjén.

Fő kutatási területünk a kábítószerfüggés hát-terében álló molekuláris folyamatok vizsgálata. A klinikumban mind a mai napig egyik legpotensebb, egyes kórképekben az egyetlen hatásos analgetikum (morfin), a szervezetben előforduló természetes peptidek (endorfinok, endomorfinok), továbbá az egyik legveszélyesebb drog (heroin) az idegsejtek membránján lévő specifikus jelfelfogó fehérjéken, az un. mü-opioid receptorokon kötődve fejtik ki hatásu-kat. Tanulmányozni kívánjuk hogy kísérletesen elő-idézett morfin, illetve más típusú opioid ligandokkal kiváltott tolerancia és/vagy dependencia állapotában, illetve a drog adagolás megszűnése után milyen vál-tozások mutathatók ki az opioid receptorok, a G-fe-hérjék, ill. a kapcsolódó second messengerek szintjén patkány agyban, illetve sejtvonalakban. Munka-hipotézisünk az, hogy míg az akut opioid hatások

a sejtfelszíni receptorok, addig a krónikus adást követő adaptív változások komplex intracelluláris mechanizmusok révén jönnek létre. Eddigi eredmé-nyeink arra utalnak, hogy a mü-opioid receptor re-gulációs folyamatai (deszenzitizáció, down-reguláció, internalizáció) ligand-specifikusak és inverz össze-függés mutatkozik a ligand abúzus potenciája és az internalizáció mértéke között. Az opioid tolerancia/dependencia új modellje szerint, melyhez csopor-tunk eredményei is hozzájárultak, az opioid recep-torok, azok internalizációjának befolyásolása, a kap-csolt heterotrimer G proteinek ill. a jelátvitel más komponensei mind potenciális gyógyszer célpontok nem kábító, potens opioid analgetikum kifejleszté-sében. Tanulmányozzuk új szintetikus származékok, ún. ’lead” vegyületek receptoriális kölcsönhatásait radioligand kötési technika segítségével nem kábító, kevés mellékhatással rendelkező analgetikum kifej-lesztése céljából. A vegyületek funkcionális vizsgá-latát, potenciájának és ún. efficacy-jének, agonista, antagonista jel legének meghatározását l igand-stimulált [35S]GTPγS méréssel végezzük.

Vizsgá latokat kezdtünk eg y másik, mind a klinikumban, mind a kábítószer függésben kitün-tetett szerepet játszó vegyületcsalád, a kannabiszok receptorainak, illetve azok más receptorokkal való interakciójának vizsgálatára. A gyógyszerkuta-tást forradalmasíthatja a közelmúlt azon felfedezé-se, hogy a G-protein kapcsolt receptorok homo- és hetero-oligomereket alkotnak, amely komplexek gyökeresen új ligandkötő, jelátviteli és internalizációs sajátságokkal rendelkeznek.


oPIoId PePTIdek

Témavezető: dr. Tóth géza Tel: 62-599-647E-mail: [email protected]

36

BIo

kém

Ia

Az idegsejtek felületén található, a fájdalomcsillapí-tásban szerepet játszó ún. opioid receptor fehérjék vizsgálatához fontos a hozzájuk speciálisan kapcso-lódó molekulatípusok (mü-, delta-, kappa-szelektív peptid ligandumok) tanulmányozása. Opioid recep-tor és ligandumjainak kölcsönhatásának vizsgálatát a ligandumok oldaláról közelítjük meg. Az új opioid peptidek tervezését multidiszciplináris megköze-lítéssel valósítjuk meg. A peptidlánc módosítását pszeudopeptid kötés kialakításával, míg oldalláncá-nak háromdimenziós térszerkezetének módosítását, konformációsan gátolt nem természetes aminosavak (dimetil-tirozin, aliciklikus béta aminosavak, béta-metil-fenilalanin, tetrahidroizokinolin karbonsav) beépítésével valósíthatjuk meg. Ezekkel a módsze-rekkel új, nagy affinitású és szelektivitású analógo-kat fejleszthetünk ki. Az új analógok szerkezetét ko-operációs partnereink NMR, molekuladinamikai és tömegspektrometriás módszerekkel igazolják. A peptidek biológiai hatékonyságát radioreceptor kötési, funkcionális és analgetikus tesztekkel részben labora-tóriumunkban részben hazai és külföldi kutatókkal együttműködve végezzük (közös kutatási projektek).

A leghatékonyabb új ligandumjainkat radioak-tív izotópokkal is megjelöljük. A tricium jelölés az elsődleges, de radioaktív jódozást és 14-C jelölést is alkalmazunk. A trícium jelöléshez a prekurzor ve-gyületeket laboratóriumunkban szintetizáljuk ket-

tőskötést vagy halogént tartalmazó aminosavak fel-használásával, míg a radioaktív jódozást kloramin-T módszerrel végezzük. 14-C jelölésnél 14-C jelzett aminosavakat alkalmazunk a peptidszintézishez. A radioaktív peptidjeink új kutatási eszközök lesznek az opioid rendszer vizsgálatához.


Kutatási munkánkat az egyértelműen alapkutatási eredményeink estében is mindig motiválta a gya-korlati felhasználhatóság. A fő célunk hatékony fáj-dalomcsillapítók kifejlesztése, ebben az interdiszcip-lináris munkában kémikusként veszünk részt. Ez a feladat a jövőben is fontos marad, amit nyertes euró-pai pályázatunk csak erősíteni fog.

Új peptideket és aminosavakat állítunk elő, ami-ket részben szabadalommal védünk és forgalma-zunk. A legsikeresebb opioid peptidjeinket tríciált formában is előállítottuk, ezeket az Izotóp Intézet Kft. forgalmazza.

Radioaktív jelölési módszereink kifejlesztése tet-te levetővé, hogy munkánkra felfigyeljenek hazai és külföldi kutatók és gyógyszergyárak is (ESTEVE, Ferring, Sanofi-Aventis-Chinoin, Egis, Richter Ge-deon, IVAX). A közös kutatásaink során született eredményeinket általában a radioaktív vegyületeink motiválták.


molekulaszerkezeT

Témavezető:dr. Borics attilaTel.: 62-599-600/582E-mail: [email protected]

37

BIo

kém

Ia

A μ-opioid receptor két nagy affinitású és szelektivi-tású endogén ligandja, az endomorfin-1 (H-Tyr-Pro-Trp-Phe-NH2, EM-1) és az endomorfin-2 (H-Tyr-Pro-Phe-Phe-NH2, EM-2) nemrég került felfedezésre. Az opioid receptorok fontos célpontok új, korszerűbb analgetikumok tervezésében, ezért a ligand-receptor kölcsönhatás szerkezeti tényezőinek megértése ki-emelt fontossággal bír. A közelmúltban számos, az endomorfinokéhoz hasonló bioaktivitású szintetikus analóg került bemutatásra. A szabad N-terminális amin funkció, két meghatározott távolságban és tér-beli helyzetben lévő aromás oldallánc, valamint po-láros, de nem savas C-terminális funkciós csoport je-lenléte került eddig meghatározásra, mint a μ-opioid aktivitás szerkezeti tényezői. Mindezzel ellentétben, a farmakoforok előnyös térbeli elhelyezkedését biz-tosító konformációra még nem született általánosan elfogadott, bizonyított javaslat, továbbá a μ-opioid receptor szerkezetét és a kötőhely(ek) elhelyezkedé-sét illetően is megoszlanak a vélemények.

A kutatás célja, hogy további betekintést nyújtson a μ-opioid aktivitás szerkezeti vonatkozású részlete-ibe. Ehhez az endomorfinok és különböző affinitású, szelektivitású analógjaik szerkezetének, különböző biokémiai környezetet figyelembe vevő molekula-dinamikai (MD) összehasonlítása, valamint egy új, elméleti és kísérleti módszereket egyesítő eljárás ki-fejlesztése és alkalmazása nyújhat segítséget. Ezen

eljárás során μ-opioid receptor szelektiv peptidek rezgési cirkuláris dikroizmus (VCD) spektumát modellezzük kvantumkémiai számítások segítsé-gével, MD szimulációk eredményeiből következ-tetett konformációs sajátságok alapján. Az cél kí-sérletileg igazolt szerkezeti információ nyerése az endomorfinokról és analógjaikról, melyek esetében a fokozott szerkezeti rugalmasság miatt a domináns konformációs családok meghatározása NMR spekt-roszkópiás mérések alapján nem egyértelmű.


A kutatás során nyert eredmények új támpontokat nyújthatnak hatékonyabb, a μ-opioid rendszeren alapuló fájdalomcsillapítók tervezésében. Az ismer-tetett eljárás kísérletileg igazolt szerkezeti informá-ciót szolgáltathat az endomorfinokon és analógja-ikon túl más olyan biológiai szempontból jelentős peptidekről is, melyek konformációs sajátságainak kísérleti meghatározása nehézségekbe ütközik.


kémIaI BIológIa

Témavezető: dr. Tömböly Csaba Tel.: 62-599-646E-mail: [email protected]

38

BIo

kém

Ia

Az élő szervezetek számára kulcs-fontosságú, hogy a genetikailag kódolt több tízezer különböző fehérjemo-lekula a megfelelő helyen, a megfelelő időben és meg-felelő kémiai szerkezettel rendelkezésre álljon. Ameny-nyiben sérül ez a komplex rendszer, valamilyen kóros elváltozást tapasztalunk. Egy ilyen nem megfelelő fizio-lógiás állapot korai detektálásához, valamint hatékony kezeléséhez ismernünk kell a folyamatot befolyásoló fehérjemolekulák szerkezetét és funkcióját. Ehhez nagy tisztaságú, homogén fehérje mintákra van szükség, a szerkezetvizsgáló fizikai módszerek pedig speciális r̋i-porter˝ molekula részletek beépítését is igénylik.

A kémiai biológia tulajdonképpen a kémia esz-köztárának alkalmazását jelenti a biológiai problé-mák megoldásában, valamint a biológiai folyamatok befolyásolásában. Vagyis alkalmas a fehérje moleku-lák kémiai információ tartalmának specifikus növe-lésére bizonyos kémiai reakciók specificitása révén. A kémiai módszerek általános alkalmazhatóságának azonban gátat szab, hogy az a három dimenziós szer-kezet, amellyel egy fehérjemolekulának rendelkeznie

kell specifikus funkciójának ellástásához csak bizo-nyos körülmények között stabil. Ha tehát egy kémiai módosítást ettől eltérő közegben végzünk a fehérje molekula irreverzibilis szerkezeti változást szenved-het. Ezért olyan magas specificitást mutató kémiai reakciók kutatása az egyik célunk, amelyek fiziológi-ás körülmények között is alkalmazhatók. Ezen kívül rekombináns és szintetikus fehérje fragmensekből, peptidekből kiindulva állítunk elő specifikusan mó-dosított fehérje molekulákat, amelyek a fehérjék mű-ködésének megértését szolgálják.


A fehérje alapú gyógyszer molekulák fejlesztése egy igen intenzíven növekvő terület, ahol a gyógyszer-ként való alkalmazhatósághoz az adott fehérje mo-lekula tulajdonságait optimalizálni kell, valamint az előállítási költségeket hatékonyabb módszerek alkal-mazásával csökkenteni kell. Ehhez lényeges hozzájá-rulás várható a kémiai biológiai módszerektől.

molekulárIs stresszBIológIaI csoport

memBrán-lIPId kÖlCsÖnHaTáson alaPuló, a molekulárIs CHaPeron szInT és ProFIl normalIzáCIójára kéPes eredeTI gyógyszerjelÖlTek kuTaTása-FejleszTése

Témavezető: dr. vígh lászló Tel.: 62-432-048E-mail: [email protected]

39

BIo

kém

Ia

A Molekuláris Stresszbiológiai Csoport irányításá-val több hazai és külföldi kutatócsoport bevonásá-val, amerikai-magyar érdekeltségű K+F vállalatok (1994-től 2003-ig a Biorex Kft, 2004-től az N-Gene Kft) közreműködésével folytatott, mintegy másfél évtizedes múltra visszatekintő kutatás-fejlesztéseink homlokterében az ún. „lipidterápiára” alkalmas kis-molekulák (pld. hidroximsavszármazék) szelekciója, hatásmechanizmusának feltárása, azok farmakológi-ai hasznosíthatóságának vizsgálata áll.

Kiemelkedő tudományos szenzáció volt a cél-zott membránkölcsönhatásra képes, nem-toxi-kus hidroximsavak stresszfehérje (molekuláris chaperon) koindukciós képességének felismerése, az ún. „membrán-szenzor” elv alapjainak leraká-sa. A chaperon koindukciót igazoló felfedezésünk-nek nem csak komoly üzleti visszhangja (Businness Week, stb.), de jelentős üzleti sikere is volt. Később feltártuk e molekulák lehetséges membránlipid ha-tóhelyét, ill. legújabban azokat a plazmamembrán-ból induló komplex szignalizációs utakat, amelyek-kel interferálva a megfelelően tervezett hatóanyagok olyan patológiás állapotok gyógyítására válhatnak alkalmassá, mint a 2. típusú diabétesz, a szívinfark-tus vagy a különböző neurodegeneratív betegségek.

További membrán támadáspontú originá lis „chaperon gyógyszer” típusú hatóanyagok felismeré-

sét célzó, sejtalapú szűrőrendszerek továbbfejlesztése jelenleg a Dél-Alföldi Neurológiai Tudásközpont-tal (DNT, Szeged) együttműködésben, a LipidArt Kft („spin-off”) koordinációjával, a nemrégiben el-nyert „LipidomicNet” (FP7) európai uniós pályázat-ra támaszkodva folytatódik. A K+F technológiáink kulcselemét képező „egymolekula követésésre alkal-mas mikroszkópiás” vizsgálatainkat a linzi Kepler Egyetem Biofizikai Intézetének munkatársaival, egy Marie Curie pályázati együttműködésben végezzük. A biológiai membránok mikroheterogén struktúrá-ját is figyelembe venni képes „csúcstechnológia” le-hetővé teszi az élő sejtek membránjai topológiájának és dinamikájának minden eddiginél nagyobb felol-dását, a patológiás membránváltozások hiperfinom tér- és idő-felismerését. Ez a módszer tágabb érte-lemben lehetőséget biztosít a legkülönbözőbb memb-rán függő jelenség (receptorkutatás, immunológiai vizsgálatok, jelátviteli és transzport folyamatok, stb.) mélyebb megértéséhez, azok eddig feltáratlan részle-teinek tisztázásához. A K+F tevékenységünk másik, komplement kulcseleme a lipidomika, aminek révén akár izolált membrándoménekből is lehetséges a „lipidsokaság” molekula-speciesz szintű elemzése. E két technológia kombinációja révén válik reális céllá a stresszfehérje válasz célzott, „lipidterápiás” korrek-ciója a különböző betegségekben.

Fehérje konFormácIós Betegségek csoport

a PrIon FeHérje konFormáCIós áTalakulása

Témavezető: dr. Welker ervinTel.:62-599-631 és 1-279-3100/255E-mail: [email protected]

40

BIo

kém

Ia

Egyre több betegségről bizonyosodik be, hogy kiala-kulásának hátterében hibás fehérje feltekeredés áll. Ezek közül több mint 20 betegségnél (többek között ide tartozik az Alzheimer kór, a Parkinson kór, a Huntington betegség és a fertőző szivacsos agylágyu-lás) amyloidális protein lerakódások mutathatóak ki, melyekről feltételezik, hogy mind strukturális saját-ságaikban, mind keletkezési és hatásmechanizmu-sukban közös vonásokat mutatnak. Az amyloidális lerakódások többnyire olyan rostokból állnak, ame-lyek β-sheet konformációjú, hibásan feltekeredett proteineket tartalmaznak. Az amyloid vagy köztes formáinak (mono- vagy oligomerek) akkumulációja a valószínű oka ezeknek a betegségeknek. Az euró-pai populáció várható élettartam növekedése miatt a korral összefüggő betegségekben szenvedő emberek száma a következő néhány évben előre jelezhetően drámaian meg fog nőni. Jelenleg csak Alzheimer és Parkinson kórban több mint 10 millió ember szen-ved szerte a világon (számuk Európában több mint 3 millió), megfelelő, hatékony gyógymód nélkül. Bár a korai diagnózis jelentősen megnövelné az esélyét bármilyen lehetséges beavatkozásnak, e betegségek legkorábbi lehetséges diagnosztizálása gyakorlatilag csak a klinikai jelekre és szimptómákra korlátozódik.

A prion betegség, vagy fertőző szivacsos agylá-gyulás, azért került a figyelem központjába, mivel kialakulása fertőzéses eredetű is lehet, és emiatt hatalmas feladatot jelent a népesség biztonságának szavatolására véradás, szervátültetés és a húsfo-gyasztás tekintetében. A betegségnek jelentős gaz-

dasági következményei is vannak: Európában 1996 és 2004 között több mint egy millió szarvasmarhát kellett elpusztítani a betegség elterjedésének meg-előzése érdekében.

Célunk a betegség lefolyásának olyan részletes megismerése, ami lehetővé teszi hatékony diagnosz-tikai és kezelési eljárások kialakítását. Az egyik köz-ponti kérdés, amin dolgozunk: miért és hogyan vezet

az idegsejtek halálához a prion fehérje konformációs átalakulása?


A kutatómunkánk során kidolgozott módszerek nemcsak a fertőző szivacsos agylágyulás területén hasznosíthatók, de más fehérje konformációs beteg-ségek, például az Alzheimer kór esetében is.

génműködés szaBályozás csoport

kromaTIn szerkezeT

Témavezető: dr. Boros imre MiklósTel.: 62-544-686E-mail: [email protected]

41

BIo

kém

Ia

Ma már köznapi használatban is elterjedt a kifejezés, hogy valakinek valamilyen tőle elválaszthatatlan tu-lajdonsága, képessége „a génjeiben van”, ami bizonyos értelemben igaz is. Feltéve, hogy működnek is azok a gének! A testünk minden sejtjében jelenlévő genetikai anyag (DNS) kettős funkciója, hogy egyrészt nem-zedékről–nemzedékre átviszi az örökséget, másrészt sejtről-sejtre a külső és belső környezeti viszonyoknak megfelelően, az örökség egy részét megjeleníti. Azaz, a gének egy csoportjának működésével, olyan molekulák szintézisét biztosítja, amelyek összességében meghatá-rozzák tulajdonságainkat. Bár minden sejt tartalmazza a teljes genetikai információt a sejtek egyes típusai an-nak csak egy–egy részét képesek használni, mert a gé-nek többsége bennük folyamatosan kikapcsolt állapot-ban van. (Az utóbbi évek biológiai szenzációját jelentő őssejtek éppen azért kerültek a figyelem középpontjába, mert ezekben még majdnem minden gén bekapcsolha-tó). A gének tartós ki- és bekapcsolásában becsomago-lásuk módja meghatározó. A sejtek magjában a gének anyaga, a DNS, ugyanis jellegzetes fehérje molekulák-kal, hisztonokkal kapcsolódik és a DNS, mint fonál kis orsókra, hiszton magok köré tekeredik. A hiszton fe-hérjék és a DNS, mint a mágnes ellentétes sarkai vonz-zák egymást és fenntartják a szoros kapcsolatot, ami pedig gátat szab a DNS-ben rögzített genetikai infor-máció értelmezésének. Ahhoz, hogy egy-egy gén mű-ködhessen, a hisztonok és a DNS kapcsolatát meg kell lazítani – a DNS-t le kell tekerni a fehérje orsóról. Vagy

éppen fordítva, ha egy-egy gén tartós kikapcsolása a cél, annak módja a hisztonok és a DNS közötti kapcso-lat még szorosabbra fűzése lehet. Ha belegondolunk, hogy a gének tartósan megváltozott működése oka le-het daganatok kialakulásának, sejtek gyógyszerekkel szembeni ellenálló képességének valamint szükséges a szövetek pótlásához és együtt jár az öregedéssel, akkor könnyen belátható, hogy a génműködés tartós beállí-tását biztosító folyamatok és módosításuk lehetőségei sok izgalmat keltenek és intenzíven kutatott területet jelentenek.

Mi azt vizsgáljuk, hogy a DNS és hiszton fehér-jék alkotta kapcsolatot a hisztonok kémiai szerkeze-tének módosításai – acetilációjuk, foszforilációjuk és metilációjuk – hogyan módosítják. Egyszerűen kezelhető kísérleti rendszert alkalmazva vizsgáljuk, hogy milyen fehérjék vesznek részt a hisztonok mó-dosításaiban az élő sejtekben, mit okoz ezeknek a hibája vagy hiánya és legfőképpen, hogy mi módon lehet a működésüket úgy módosítani, hogy azzal az élőlény egészét tekintve káros folyamatokat lelassít-sunk, vagy előnyösöket felgyorsítsunk.


Olyan potenciális beavatkozási lehetőségek és mó-dok keresése, ill. felismerése, amelyeken át a génmű-ködés tartós megváltoztatása előnyösen módosítható.

Drosophila sejtBIológIaI csoport

a FeHérjeleBonTás szerePe a sejTFolyamaTok szaBályozásáBan

Témavezető: dr. deák péterTel.: 62-599-645E-mail: [email protected]

42

BIo

kém

Ia

A kromoszómák precíz szétválása a sejtosztódás folyamán alapvetően meghatározza a sejtek sor-sát. A hibás szegregáció megváltoztatja a gén-dózis arányokat, és sejthalált, fejlődési rendellenességet, vagy rákot okozhat. A kromoszómák szétválását egy ubiquitin-függő fehérjelebontó mechanizmus sza-bályozza, amelyben két folyamat, a jelölő és degra-dációs lépések különíthetők el. A jelölési lépésben egy enzim-kaszkád ubiquitin láncot kapcsol sza-bályozó fehérjékhez. Ezt követően a proteaszóma felismeri és lebontja a megjelölt fehérjéket. A jelö-lő folyamat kulcsfontosságú szereplője egy nagy, ubiquitin-ligáz komplex, az anafázist propagáló komplex, vagy APC, amely meghatározza a folyamat szubsztrátspecificitását. A kromoszóma szegregáci-óban játszott szerepe mellett, az APC szabályozza a mitózis befejezését és a G1 fázis fenntartását is.

A z A PC eg y 1. 5 M Da-os fehér jekomplex, amelynek eddig 10-13 alegységét azonosították különböző fajokban. Az egyes alegységek homo-lógjai nagymértékű szekvencia és topológiai ha-sonlóságot mutatnak, ami evolúciós konzerváltsá-got bizonyít.

Számos kérdés megválaszolatlan még mind az APC felépítésével, mind pedig működésével kap-csolatban. Pillanatnyilag nem egyértelmű, hogy mi-ért áll ilyen sok alegységből az APC, és hogy mi az egyes alegységek szerepe. Az ubiquitinálás moleku-láris mechanizmusa sem ismert még, illetve az sem, hogy az ubiquitin lánccal megjelölt fehérjék hogyan jutnak el a proteaszómákhoz.

Csoportunk munkája az APC-vel kapcsolatosan említett kérdések tisztázására összpontosul a jól kezel-hető ecetmuslica (Drosophila melanogaster) modell or-ganizmuson. Célunk, hogy funkcióvesztéses mutánsok részletes fenotípus analízisével megismerjük az egyes alegységek funkcióját, valamint hogy további ismerete-ket szerezzünk az APC felépítéséről és működéséről.

apc10 hiányos lárvális idegsejt fenotípusa. A sejtek rendellenesen kon-denzálódott kromoszómákkal (kék) meg-rekedek metafázisban, és felhalmozódnak bennük a miótikus ciklinek (piros). Mindkét fenotípus jelleg arra utal, hogy az Acp10 alegység hiánya működésképtelen APC-t eredményez.


Az alapvető sejtfolyamatokat szabályozó fehérjék le-bontásának hiánya, vagy túlzott mértéke egyaránt káros a sejtek számára, és elszabadult sejtosztódást eredményez. Éppen ez történik a rákos daganatokban, ezért az ubiquitin-függő fehérjedegradáció megisme-rése lehetőséget biztosít a rákos sejtekre specifikusan ható molekulák és új gyógymódok kifejlesztésére.

A lényeges szabályozási lépéseket érintő mu-tánsaink felhasználásával létrehoztunk egy gyors és nagy áteresztőképességű teszt-rendszert, amely a lka lmas hatóanyag-jelöltek tesztelésére és az ubiquitin-függő fehérjedegradációs mechanizmus különböző lépéseire, vagy alkotóelemeire speci-fikusan ható molekulák azonosítására egy intakt soksejtű organizmusban.

Témavezető: dr. deák péter

Drosophila sejtBIológIaI csoport

a kemoszenzITIVITásérT FelelŐs CHeCkPoInT gének azonosÍTása

43

BIo

kém

Ia

Rákos megbetegedések kezelésében a kemoterápia a leggyakrabban alkalmazott módszer. Ez a kezelés azon a megfigyelésen alapszik, hogy rákos sejtek ér-zékenyebbek DNS-t károsító szerekkel szemben, mint a daganatokat körülvevő normális testi sejtek. Sajnos azonban ezek a szerek hatással vannak a nem daga-natos sejtekre is, és éppen ez okozza a kemoterápiás kezeléseket kísérő toxikus mellékhatásokat, és a keze-lésekre jellemző alacsony terápiás indexet. A kemote-rápia specifitását és hatékonyságát jelentősen növelné az egyes tumorok kemoszenzitivitásának előrejelzése.

Drosophila mus304/ATRIP chckpoint mutáns túlélési diagrammja hidroxiurea (felül) és busulfan (alul kezeléseket követően. Lát-ható, hogy ez a mutáció sokkal nagyobb érzékenységet eredményez busulfánnal szemben, mint hidroxiureával. Feltételezésünk, hogy a mus304/ATRIP mutációt hordozó tumorok kemoterápiás kezelése haté-konyabb lehet busulfánnal, mint hidroxiureával.

Feltételezhető, hogy a sejtciklus ellenőrzési me-chanizmusaiban (checkpoint) és a DNS-hibajavítás-ban résztvevő géneknek szerepe lehet a tumorsejtek eltérő kemoszenzitivitásában. Erre utal az a tény,

hogy az ellenőrzési folyamatok károsodása általános jelenség a tumorgenezis során, de az is, hogy az el-lenőrzési mechanizmusokban és DNS-hibajavításban résztvevő gének mutánsai az eddig vizsgált kísérleti fajokban fokozott érzékenységet mutattak DNS-t ká-rosító szerekkel szemben, köztük olyanokkal szem-ben is, amelyeket kemoterápiában alkalmaznak.

Ebben a projektben meghatározzuk valamennyi ismert Drosophila checkpoint és DNS-repair mutáns érzékenységét az FDA által engedélyezett kemote-rápiás szerekkel szemben. Ezek a mutánsok azonos genetikai háttérrel rendelkeznek, ezért a mutánsok között megfigyelhető érzékenységbeli különbség közvetlenül kapcsolható az érintett gének funkci-ójához. Eddigi eredményeink azt mutatják, hogy a különböző checkpoint mutánsok feltűnően eltérő érzékenységet mutattak az alkalmazott szerekkel szemben. Ez annak lehet a következménye, hogy az egyes gének eltérő mértékben járulnak hozzá az el-lenőrzési mechanizmusok funkciójához. Mivel mind a checkpoint, mind pedig a DNS-hibajavítási gének jelentős evolúciós konzerváltságot mutatnak az élesz-tőktől az emberig, azt gondoljuk, hogy a kísérleteink hasznos információval szolgálnak a checkpoint mu-tációk szerepéről a tumorok kemoszenzitivitásának kialakításában.


Munkánk célja, hogy egy intakt, soksejtű kísérleti organizmusban meghatározzuk a kemoterápiás sze-rek szelektivitását a különböző checkpoint és DNS-repair mutációkkal szemben. Azt reméljük, hogy ezek az adatok hozzájárulhatnak a jelenleginél haté-konyabb, személyre (vagy tumorra) szabott kemote-rápia kifejlesztéséhez, amelyben a kezelést megelő-zően meghatározható a legnagyobb szelektivitással rendelkező, ezért leghatékonyabb szer.

0

5

10

15

20

25

30

mut

ánso

k (%

)

0 20 40 60 80 100

BU koncentráció (uM)

extracellulárIs mátrIx molekulárIs BIológIaI csoport

a sejTkÖzÖTTI állomány FeHérjéInek szerePe FejlŐdésI és regeneráCIós FolyamaTokBan

Témavezetők: dr. kiss ibolya Tel.: 62-599-633E-mail: [email protected]

dr. deák Ferenc Tel.: 62-599-644


44

BIo

kém

Ia

A többsejtű állatokban a sejtek közötti teret egy meg-határozott összetételű és sajátos szerkezetű sejtközötti állomány tölti ki, amit extracelluláris mátrixnak (ECM) hívunk. Az ECM a gerincesek szerveinek vé-delmében, a szöveti integritás fenntartásában, moz-gásban, differenciálódási és fejlődési folyamatokban létfontosságú feladatokat lát el, bár szerepe és jelen-tősége az egyes szervek és szövetek esetében eltérő és igen változatos. Az ECM a sejtek által termelt és a sej-tek közötti térbe kiválasztott, egymással kölcsönha-tásba lépő makromolekulákból szerveződik. Az ECM komponensek három fő csoportba tartoznak. A kolla-gén rostok és hialuronsav-proteoglükán hálózatok kö-zött a multiadhéziós fehérjék létesítenek kapcsolatot. Szerepük még kevéssé ismert az ECM-ECM és sejt-ECM kölcsönhatásokban.

A multiadhéziós fehérjék közül az általunk fel-fedezett matrilinok a szövetekben részben kollagén rostoktól függő, részben azoktól független, finom hálózatot hoznak létre. Matrilin-1 és -3 csak a váz-elemekben fordul elő, míg a matrilin-2 és -4 szinte minden szövetben megtalálható.

Matrilin gének kifejeződését és szerepét vizsgál-juk differenciálódási, regenerációs és kóros folya-matokban, állatmodellekben és sejtkultúrákban. Matrilin-2 génben hiányos transzgenikus egereket hoztunk létre nemzetközi együttműködés kereté-ben. Matrilin-2 mutáns változatait termelő sejtek létrehozásával a fehérje szerepét kutathatjuk az ECM makromolekuláris hálózatainak kialakításában. Az SZTE ÁOK Biokémiai Intézetével közösen tanul-

mányozzuk a matrilin-2 szerepét vázizom-regene-ráció és differenciálódás során. Kísérleteink alapján a matrilin-2 gén kifejeződése jelentősen emelkedik egyes rákos sejtekben és diagnosztikai markerként alkalmazható.


Az ECM összetétele befolyásolja a sejtben végbeme-nő génexpressziós folyamatokat, ezáltal nagymérték-ben elősegítheti vagy gátolhatja a szöveti differenciá-lódást és regenerációt. Tervezzük annak vizsgálatát, hogy i) matrilin-2 milyen jelátviteli utakban vesz részt; ii) Hogyan befolyásolja a matrilin-2 hiánya az izomregenerációt és tumorképződést állatmodellek-ben. A fehérjét és mutáns változatait termelő sejtek mesterséges matrix létrehozására is felhasználhatók, ami a szöveti regenerációt elősegítő biotechnológiai eljárások kidolgozását segítheti elő.

Matrilin-2

extracellulárIs mátrIx molekulárIs BIológIaI csoport

Témavezető: dr. kiss ibolya

TranszgenIkus állaTmodellek léTreHozása a PorCregeneráCIó VIzsgálaTára

45

BIo

kém

Ia

A váz- és izomrendszer megbetegedései teszik ki a tartós fájdalommal és munkából való kieséssel járó megbetegedések több, mint 50 %-át világszerte. Ezen belül az átlagéletkor emelkedésével egyre nő az ízüle-ti megbetegedések aránya. A probléma társadalmi és gazdasági súlyossága miatt a WHO a 2000-2010 éve-ket, a “Csont és az Ízület Évtizedé”-vé nyilvánította.

Az öröklött ízületi betegségek a csontnövekedés zavara miatt sokszor törpeséget okoznak, aminek a gyógyítása megoldatlan. Más ízületi betegségek, pl. rheumatoid arthritis és osteoarthrosis hátterében gyulladásos eredetű, autoimmun folyamatok állnak, amelyek a porc- és csontszövet valamint az ízületi tok leépüléséhez vezetnek. A gyulladásos citokinek gátol-ják a porcspecifikus génműködést és a porcot alkotó makromolekulák reszintézisét. A rendelkezésre álló gyógyszerek azonban csak a gyulladást csökkentik. Ezért szükség van új, hatékony gyógyszerek és gyógyí-tási eljárások kidolgozására, amelyek a porc-specifikus génműködés fokozása révén az ízületi porc regeneráci-óját eredményezik. A gyógyszerek tesztelésére használt állatmodellek is csak a gyulladás és a porc erózió mér-tékének detektálásán alapulnak és nem teszik lehetővé a porcspecifikus génexpresszió változásának követését.

Korábbi munkáink során klónoztunk és behatóan tanulmányoztunk egy olyan gént, a matrilin-1 gént, ami specifikusan porcszövetben működik. A gén egyedi sajá-tossága, hogy kifejeződése a porcos növekedési korong-nak csak azokra a zónáira korlátozódik, melyek a csontok hosszanti növekedéséért felelősek. A gén regulációjának vizsgálata során feltérképeztük a fő szabályozó régiókat és azonosítottuk a szabályozásban kulcsszerepet játszó

DNS-elemeket és transzkripciós faktorokat. A gén zónális kifejeződését irányító és más porspecifikus DNS-eleme-ket beépítve olyan transzgenikus állatmodelleket hoztunk létre, melyekben a jól detektálható riporter gén minden porcsejtben, illetve csak a növekedési korong meghatáro-zott zónáiban működik. Így a riporter gén aktivitásának hisztológiai követésével a porcspecifikus génműködés vál-tozásáról kapunk információt.


A létrehozott transzgenikus állatmodellek alkalmasak gyógyszerek vázfejlődésre, porcműködésre és csontnö-vekedésre gyakorolt hatásának követésére, ezáltal előse-gíthetik gyermekek és terhes anyák által biztonságosan szedhető gyógyszerek kifejlesztését. A transzgenikus állatokban arthritist indukálva a porcdegradáció, majd a gyógyszerek hatására bekövetkező porc reszintézis követhető. Így az állatmodell nemcsak gyógyszerjelöl-tek gyulladáscsökkentő, hanem porcregeneráló hatásá-nak tesztelését is lehetővé teszi.

TR70 8xEcol2a1(+)NAD1

állatgenetIka és molekulárIs neuroBIológIa csoport

BeTegség modellek kIFejleszTése és alkalmazása

Témavezető: dr. sántha MiklósTel.: 62-599-651E-mail: [email protected]

46

BIo

kém

Ia

A humán betegségek egy jelentős része - mint pl. a szív és érrendszeri vagy a neurodegeneratív elváltozások- nem tanulmányozhatóak közvetlenül az emberen. A betegségek megismerésében az állatmodellek alkalma-zása nélkülözhetetlen segítséget nyújt. Az állatmodel-lek révén a betegség kialakulása (pathomechanizmus), az elváltozások részletei (szövettani, biokémiai, mole-kuláris biológia) jobban megismerhetővé válnak. Az állatmodellek legnagyobb jelentősége azonban a be-tegségek kialakulását megelőző, a kórfolyamatot be-folyásoló gyógyszerjelöltek kipróbálásában rejlik. Az állatmodellek közül különleges jelentősek az egérmo-dellek, mert fenntartásuk aránylag könnyű, gyorsan szaporodnak, genetikai kódjuk ismert, jól jellemzett, génkészletük közel áll az emberéhez valamint génál-lományuk módosítására jól kifejlesztett módszerek állnak rendelkezésünkre.

Laboratóriumunkban az elmúlt évek során előál-lítottuk a hyperlipidemia és az atheroszklerózis több egérmodelljét (apoB-100 és hCETP transzgenikus, valamint apoB-100xbiglycan és apoB-100xhCETP k e t t ő s t r a n s z g e n i k u s e g e r e k ) . J e l e n l e g a neurodegeneráció egy új egérmodelljének kifejleszté-sén dolgozunk. Vannak olyan transzgenikus egereink is, amelyek révén a biglycan és a kismolsúlyú hősokk

fehérjék (hsp27, HSPB2 és HSPB3) kardioprotektiv és neuroprotektiv hatását tanulmányozhatjuk.


Transzgenikus egérmodelljeink lehetősé- get terem-tenek a kardiovaszkuláris és neurodegeneratív be-tegségek kialakulását megelőző ill. a már kialakult betegséget befolyásoló új gyógyszer-molekulák ki-fejlesztésére. Az utóbbi időben az Egyesült Államok-ban kiterjedten alkalmazzák a hCETP transzgenikus egereket, a humán hCETP enzimgátlók kifejlesztésé-re és ezáltal a kóros LDL –szint csökkentésére, azaz az atheroszklerózis megelőzésére.

gyulladás és neuropáthIa témacsoportmolekulárIs seBészet/cItokIn csoport

FájdalomkuTaTás ImunológIaI kuTaTás

Témavezetők:dr. oláh zoltán Tel.:62-599-784E-mail: [email protected]

dr. vizler Csaba Tel.: 62-599-649


47

BIo

kém

Ia

A fájdalomérző idegek egyik alapvető receptora a TRPV1 „fájdalomreceptor” (capsaicin receptor), egy hőre és gyulladásos mediátorokra érzékeny kalcium ioncsatorna. A fájdalom evolúciós szerepe az, hogy felhívja az élőlény figyelmét a sérülékeny

testrészekre, ezért a gyul-lad á s fájd a lom ma l já r, míg a sérü lések kel járó fájda lom önmagában is képes gyulladást kelteni (neurogén gyulladás). A TRPV1 receptorra irányu-ló hatóanyagokkal a szerek hatásmechanizmusától és a kezelés módjától függő-

en időleges vagy permanens fájdalomcsillapítás ér-hető el. Egy afrikai kutyatej által termelt növényi toxin, a resiniferatoxin, képes szelektíven megölni a receptort viselő idegsejteket, ez az eljárás, amely-nek tökéletesítésén jelenleg is dolgozunk, végleges megoldást jelenthet egyes elviselhetetlen fájdalom-mal járó betegségek (daganatok, krónikus artritisz, neuropátiák) kezelésében („molekuláris idegsebé-szet”). A receptort blokkoló TRPV1 gátlószerekkel a hagyományos fájdalomcsillapítókéhoz hasonló időleges hatás érhető el. Fájdalomcsillapító gyógy-szerjelöltjeink különböző forrásokból származnak – van köztük népi gyógyászatból ismert növényi hatóanyag, mikrobiális fermentációs termék, illetve nagy áteresztőképességű szűréssel tesztelt moleku-lakönyvtárból származó szintetikus molekula is.

Immunrendszerünk parazitáktól, kórokozóktól, rosszindulatú daganatoktól véd minket. Az emberi immunrendszer hihetetlen összetettsége miatt hiba-lehetőségeket is hordoz magában, nem ritkán téves támadást indít saját fehérjéink, sejtjeink ellen. Ilyen autoimmun betegség áldozata a központi idegrend-szer fehérállománya a szklerózis multiplex, a közpon-ti idegrendszer krónikus gyulladásos betegségek ese-tén. Mi a szklerózis multiplex egér-modelljét (EAE) használjuk gyulladáscsök-kentő g yóg yszerjelöltek vizsgálatára. Gyulladáskel-tő gyógyszerjelöltjeinket egyéb gyulladásos kom-ponenst tar ta lmazó be-tegségmodellekben, szep-szisben és hepatít iszben is vizsgáljuk. Ezek mellett tumorbiológiával és tumor-immunológiával is foglalkozunk: gyógyszerjelöltek tumorellenes hatását vizsgáljuk szövetkultúrában fenntartott tumorsejteken és egérmodellekben.


A felsorolt projecteknek közvetlen gyakorlati jelentősége is van, célunk mindegyik esetben klinikumban is hasz-nálható gyógyszerjelöltek azonosítása. Vizsgálatainkat a preklinika szintjéig házon belül is el tudjuk végezni, de legkésőbb a klinikai I. fázisú vizsgálatokhoz jelentős szakmai befektetők bevonására lesz szükségünk.

genommérnökI csoport

mesTerséges BakTérIumsejT Hasznos anyagok BIoTeCHnológIaI TermelTeTéséHez

Témavezető: dr. pósfai györgyTel.: 62-599-778E-mail: [email protected]

48

BIo

kém

Ia

Gyógyszerek, táplálékkiegészítők, vakcinák, ipari alapanyagok termeltetésére ma is használnak bak-tériumokat. Az élő sejt környezetbarát, olcsó, ön-magát megújító sejtgyárként – megfelelő genetikai átprogrammozás révén – hasznos anyagok széles skálájának előállítására késztethető.

Mivel azonban az élő sejtek evolúciójuk során nem ezekre a célokra „készültek”, a genetikai át-programozás sokszor nehézkes, a sejtgyár nem elég-gé hatékony.

Csoportunk a széles körben használt Escherichia coli baktérium genetikai tervrajzának nagyléptékű, racionális átalakításával foglalkozik. A cél egy köny-nyebben programozható, az erőforrásokat hatéko-nyabban hasznosító sejtgyár készítése a felhasználók számára. A sejt genetikai tervrajzának (génhálóza-tának) analízise után a felhasználás szempontjából szükségtelen, sőt előnytelen géneket elimináltuk, ún. minimál E. coli sejtet hoztunk létre. A minimál

sejtbe növekedést gyorsító, illetve a genetikai prog-ramozást megkönnyítő géneket ültettünk. További átalakítás révén a sejt genetikai stabilitását növeltük meg. Az átalakított minimál E. coli sejt számos tulaj-donságában meghaladja a kiindulási alapként szol-gáló természetes sejtet.


A minimál E. coli sejtet amerikai partnereinkkel kö-zösen szabadalmaztattuk, s a Scarab Genomics LLC cégen keresztül forgalomba hoztuk. A sejtet mind kutatási, mind biotechnológiai célra igénybe veszik. A minimál sejt továbbfejlesztése folyamatos. A kü-lönféle felhasználói igények (pl. DNS, fehérje vagy metabolit jellegű hatóanyagok termeltetése) az álta-lános „sejtjavításon” túl speciális genetikai módosí-tásokat is igényelnek, ennek megfelelően különféle specializált sejteket állítunk elő.

dns – Fehérje kölcsönhatások csoport

IrányÍToTT dns-meTIláCIó

Témavezető: dr. kiss antal Tel.: 62-599-630E-mail: [email protected]

49

BIo

kém

Ia

Az emlősök és így az ember genomjában is a négy DNS bázis (adenin, timin, guanin, citozin, rövi-den jelölve A,T,G,C) közül a C gyakran módosított formában (5-metilcitozin) fordul elő. A metilált citozinok mindig guaninok előtt, CG dinukleotidban találhatók. A genom metilációs mintázata, tehát az, hogy a CG helyek közül melyek metiláltak, változik az egyedfejlődés során, különbözik az egyes szö-vetekben, és megváltozik egyes betegségekben, pl. rákban. A DNS-metiláció biológiai jelentőségét csak most kezdjük megérteni, de az a gének többségére érvényesnek látszik, hogy a szabályozó régiójukban (promoter) lévő CG helyek metilációja a gén műkö-désének kikapcsolásához vezet. Ez felveti a célzott DNS-metiláció terápiás alkalmazásának lehetőségét olyan betegségekben, amelyekben a kóros állapot kialakulása egy, vagy csak néhány gén működésére vezethető vissza. A módszer előnyének tűnik, hogy az előidézett módosulás nem jelent beavatkozást a DNS-szekvenciába, ugyanakkor a DNS-metiláció sa-játosságai miatt a sejtosztódások során másolódik és így a kezelt sejt utódaiban rögzül.

Német és holland kutatókkal együttműködve egy olyan rendszer létrehozásán dolgozunk, mely akár egy humán genom méretű DNS-en belül is alkal-mas kiválasztott CG helyek szelektív metilálására. Erre megfelelőnek tűnik az a megközelítés, hogy a CG helyek metilációját végző enzimet, a DNS-metiltraszferázt (MTáz) olyan irányító molekulához

(oligonukleotid vagy fehérje) kapcsoljuk, mely képes meghatározott DNS-szakaszokhoz kötődni, és ezál-tal a hozzákapcsolt MTázt a genom kiválasztott ré-széhez vezetni.

Az együttműködés keretein belül csoportunk feladata egy, az emlős MTázok specifitásával meg-egyező specifitású, tehát CG helyeket metiláló bak-teriális MTáz (M.SssI) a munka céljainak megfe-lelő átalakítása. Ennek során az enzimnek olyan formáit állítottuk elő, melyek alkalmasak irányító oligonukleotidokhoz való kémiai kapcsolásra. Létre-hoztunk olyan mutáns enzimet is, melynek DNS-hez mutatott affinitása csökkent, így specifitásának meg-határozásában megnőtt a kapcsolt irányítómolekula szerepe. Hozzákezdtünk szekvenciaspecifikus DNS-kötő fehérjék irányítómodulként történő felhaszná-lásához is. Ebben a megközelítésben fúziót hozunk létre az irányítófehérje és a MTáz között.


A módszer kifejlesztése jelenleg az in vitro stádium-ban, azaz a kémiai és enzimológiai problémák meg-oldásának fázisában van. Ha bebizonyosodik, hogy az irányított DNS-metiláció a sejten belül is kellő specifitással és hatékonysággal működik, fontos esz-köz jut a kezünkbe a DNS-metiláció biológiai és kór-oktani szerepének vizsgálatához és kutatás kezdőd-het a terápiás felhasználás irányába is.

evolúcIós rendszerBIológIaI csoport

génkÖlCsÖnHaTásI HálózaTok

Témavezető: dr. papp BalázsTel.: 62-599-600/586E-mail: [email protected]

Mára több száz élőlény teljes genetikai állománya vált ismertté. A genomok feltérképezése mellett intenzíven folynak az úgynevezett „posztgenomikus” kutatások is, melyek célja azt felderíteni, hogy az élőlényekben talál-ható több ezer génnek mi a feladata, és hogyan működ-nek együtt a biológiai funkciók kialakításában.

A posztgenomikai vizsgálatok közül különös je-lentőséggel bírnak az ún. géninaktivációs kísérletek, amely során egy élőlény génjeit egyesével működés-képtelenné teszik, és megfigyelik annak hatását. Ezen vizsgálatok több élőlény esetében kimutatták, hogy a gének csupán 10 - 30%-a kulcsfontosságú laboratóri-umi körülmények között (kulcsfontosságú az a gén, amelynek kiütése esetén az élőlény elpusztul). Egyik, általunk igazolt lehetőség, hogy a nem kulcsfontos-ságú gének jelentős része csak valamilyen speciális környezeti feltétel mellett tölt be fontos feladatot. Emellett kimutatott, hogy számos gén esetében az inaktiváció hatását az élőlényben működő más gének kompenzálni tudják. A gének közötti kompenzációs kapcsolat a génkölcsönhatások egyik fontos típusa, és jelenleg komoly erőfeszítések történnek világszer-te, hogy az élesztőgomba – mint egyszerű modell-szervezet – teljes génkölcsönhatási hálózatát feltér-képezzék. Egyértelmű, hogy ezeknek a hálózatoknak a részletes ismerete segít a gének funkciójának mé-lyebb megértéséhez, és megmagyarázhatja, miért inaktiválható a legtöbb gén drasztikus fenotípusos hatás nélkül.

A génkölcsönhatási hálózatok kísérletes feltérké-pezése génkombinációk inaktiválásával történik (t.i. kölcsönhatásról beszélünk, ha az A ill. B gén egyedi inaktivációja hatástalan, de A és B gén együttes ki-ütése már káros). Mivel a lehetséges génkombinációk száma hatalmas (kb. 107 az élesztő esetében), ráadá-sul a génpároknak csak egy kis hányada mutat köl-csönhatást, ezért a teljes génkölcsönhatási hálózat feltérképezése egyelőre komoly kihívást jelent (5 év alatt ezeknek a kombinációknak kevesebb mint 4%-t tudták ellenőrizni). További probléma, hogy számos genetikai interakció csak speciális – laborban ritkán ellenőrzött – környezeti feltétel mellett jelentkezik.

Mindezek alapján a génkölcsönhatások elméle-ti előrejelzésére különösen nagy igény mutatkozik. Munkánkkal ezeket a hiányokat szándékozunk pótolni: az élesztő anyagcseréjének számítógépes modelljét használjuk génkölcsönhatások előrejelzé-sére, majd ezen predikciók egy részét kísérletileg is ellenőrizzük.


Célunk, hogy megbízható számítógépes eljárásokat dolgozzunk ki a kulcsfontosságú gének, illetve a gén-kölcsönhatások előrejelzésére. Ezek segítségével akár a kísérletesen nehezen manipulálható kórokozók esetében is azonosíthatóak lesznek a kulcsfontosságú gének, segítve ezzel a racionális gyógyszertervezést.

50

BIo

kém

Ia

Témavezető: dr. papp Balázs

evolúcIós rendszerBIológIaI csoport

génsorrend BakTérIumokBan

51

BIo

kém

Ia

A genom szerveződésének egyik legkézenfekvőbb jellegzetessége az egyes gének elhelyezkedési sor-rendje, szomszédsági viszonyaik. Vajon véletlensze-rűen helyezkednek-e el az egyes gének a kromoszóma mentén? Évtizedek óta ismert, hogy baktérumokban számos gén közös szabályozási egységet, ún. operont alkot: egy operon génjei egymáshoz közel helyezked-nek el a kromoszómán, együtt szabályozódnak és általában közös funkcióban vesznek részt. De vajon egy adott operonon belül létezik-e bármi szabálysze-rűség a gének sorrendjében? Véletlenszerű-e, hogy melyik gén van az operon elején ill. a végén? Annak ellenére, hogy az operonokat évtizedek óta kutatják, e kérdést máig nem vizsgálták behatóbban.

Munkacsopor tunk célu l tűzte k i , hog y az Escher ichia coli baktérium enzimeket kódoló operonjain vizsgálja meg a fenti kérdést. Az anyag-csere (metabolizmus) biokémiai útvonalait enzimek sokasága kódolja, melyek egy része operonban he-lyezkedik el. Arra vagyunk kíváncsiak, hogy egy en-zimnek az útvonalon elfoglalt helye (a biokémiai re-akciósor hányadik lépésében vesz részt) összefügg-e az enzimet kódoló gén operonbeli helyzetével (az operon hányadik génje kódolja az adott enzimet). El-méleti megfontolások szerint azok az anyagcsereutak kapcsolhatók be leghatékonyabban, ahol az operon első génje az útvonal első enzimét, második génje a második enzimet, stb. kódolja (ezt kolineáris elhe-lyezkedésnek hívjuk, lásd 1. ábra).

Előzetes eredményeink azt mutatják, hogy az enzi-meket kódoló operonok génsorrendje valóban nem vé-letlenszerű, és a fent említett kolineáris elrendeződés je-leit mutatják. A továbbiakban azt próbáljuk megérteni, hogy pontosan milyen előnyei lehetnek az Escherichia coli-ban tapasztalt génsorrendnek, és hogy miért nem találunk tökéletes megfeleltetést az operonon belüli génsorrend és az enzimek útvonalbeli sorrendje között.


A biomérnökség egyik kihívása, hogy új, vagy ha-tékonyabban működő anyagcsereutakat hozzon lét-re és ültessen át iparilag jól kezelhető mikróbákba. Egy új anyagcsereút beültetése pedig az enzimatikus gének beépítését jelenti. Kutatásaink azt sugallják, hogy a beültetendő gének sorrendje is fontos tényező lehet az útvonal működése szempontjából, és a jövő-ben célszerű lesz olyan operonokat tervezni, melyek-ben az enzimek működési sorrendje egybeesik az operonban lévő gének sorrendjével.

1. ábra: Egy hipotetikus operon és anyagcsereút kolinearitása

52

enzI

mo

lóg

Ia

53

enzI

mo

lóg

Ia

SZBKenzimológiai Intézet1113 Budapest, Karolina út 29.H-1518 Budapest, Pf. 7.

kalpaIn csoport

kalPaIn-enzImCsalád szerePe éleTTanI és kóros FolyamaTokBan

Témavezető: dr. Friedrich péterTel.: 1-466-5856E-mail: [email protected]

54

enzI

mo

lóg

Ia

A kalpainok minden emberi és állati sejtben elő-forduló enzimek. Feladatuk a sejtekben, azok ci-toplazmájában végbemenő folyamatok szabályo-zása. Szabályozó (regulátor) működésük abban áll, hogy bizonyos célfehérjéket kisebb darabokra vág-nak. A kalpainok ugyanis fehérjebontó enzimek (proteázok), de katalitikus hatásukat csak magas Ca2+-ion koncentrációnál fejtik ki. Túlműködésük, illetve hiányuk olyan betegségek kialakulásához ve-zethet, mint az izomsorvadás, cukorbetegség, szürke hályog, Parkinson- és Alzheimer-kór.

Ahhoz, hogy a kalpainok szerepét pontosan megis-merhessük – megteremtve ezáltal a beavatkozási lehe-tőségét – ismernünk kell 3-dimenziós szerkezetüket, a Ca2+-ionok szerepét aktiválódásukban. Ismernünk kell

továbbá, hogy a kalpainok mely fehérjéket támadják meg nemcsak a kémcsőben, hanem az élő sejtekben. Jelen kutatásaink elsősorban ezeknek a szubsztrát-fehérjéknek az azonosítására irányulnak, amit újszerű fehérje-vizsgálati technikákkal vélünk elérni.


A kalpainok szerkezetének és intracelluláris part-nereinek fel ismerése megnyit ja az utat magas fajlagosságú kalpain aktivátorok és gátlószerek elő-állítására. Ezek az ágensek igen jól hasznosulhatnak magában a kalpain kutatásokban, illetve olyan ható-anyagok tervezésében, melyek a fentebb említett be-tegségek elleni küzdelemben lehetnek segítségünkre.

sejtarchItektúra csoport

neurodegeneraCIó: TPPP FeHérjeCsalád szerkezeTe, FunkCIója és PaTHomeCHanIzmusa

Témavezető: dr. ovádi judit Tel.: 1-327-3129E-mail: [email protected]

55

enzI

mo

lóg

Ia

A társadalom elöregedésével a neurodegeneratív betegségek egyre inkább népbetegséggé válnak. A neurodegeneratív betegségek keletkezési mechanizmu-sának megismerése napjainkban is intenzív kutatás tár-házát képezi. A molekuláris biológiai, szövettenyésztési, ultrastrukturális vizsgálatokkal és transzgenikusegér-modellek alkalmazásával bizonyítást nyert, hogy a neurodegeneráció keletkezése többlépcsős folyamat, amelynek kiindulópontja mindig egy, vagy néhány specifikus mutáns fehérjevariáns, melyek lehetnek ge-netikus vagy epigenetikus eredetűek. A mutáció követ-keztében megváltozott („misfolded”) szerkezetű fehérje nem képes az élettani funkcióját ellátni mivel aberrans kölcsönhatásokat hoz létre, fokozott aggregációs ak-tivitást mutat, ami zárványtestek képződéséhez, majd neuroncsoportok pusztulásához vezet. Ismereteink a patológiás ultrastrukturák kialakulásáról, annak következményeiről, továbbá kapcsolatukról a sejtek bioenergetikájával ma még igen hiányosak.

Ismeretes, hogy bizonyos eredendően szerke-zet nélküli (“intrinsically unstructured”) fehérjék (pl. α-synuclein, tau és a mutáns huntingtin fehér-je) hasonló mechnizmus révén aktív résztvevői a Parkinson, az Alzheimer, illetve a Huntington kór kialakulásának.

A közelmúltban izoláltunk egy szerkezet nél-küli fehérjét, melyet funkciója alapján TPPP-nek (Tubulin Polymeriation Promoting Protein) nevez-tük el. A fehérje a mikrotubuláris hálózatot stabili-

zálja, Parkinson-kór és más synucleinopatiák esetén felhalmozódik a zárványtestekben. A TPPP nagy-fokú homológiát mutat két másik géntermékkel, a TPPP2 és a TPPP3-mal. A TPPP fehérjecsaládot és a tagok tubulinnal való kölcsönhatásait molekuláris és sejt szinten jellemeztük. Kimutattuk, hogy a nagy-fokú szekvencia azonosság ellenére a fehérjék eltérő szerkezeti és ezzel összefüggő módon eltérő funkcio-nális sajátságokkal rendelkeznek. A TPPP expresszió növekedése stimulálja a sejtek energiatermelő meta-bolizmusát.

A fehérje család fiziológiai és pathológiai hatásai-nak megismeréséhez elengedhetetlen a poszt-transz-lációs módosulások, valamint a kölcsönható partne-rek azonosítása, a módosulások és kölcsönhatások következményeinek jellemzése, valamint kapcsolatuk a sejtek energia állapotával, elsődlegesen az ATP szint változásával. Kutatásaink célja ezen folyamatok mole-kuláris és sejt-szintű jellemzése, melyek hozzájárulnak ahhoz, hogy a konformációs betegségek kialakulását előnyösen és hatékonyan befolyásolni lehessen.


Specifikus gyógyszerjelölt kifejlesztése, mely a szinuk-lein opátiákra jellemző toxikus fehérje aggregáció kép-ződést, illetve a szerkezet nélküli fehérje felhalmozó-dása által okozott proteolitikus stressz-hatást gátolja, illetve megszünteti.

lIzoFoszFolIpId receptorok csoport

PlazmamemBrán lIzoFoszFolIPId reCePTorok

Témavezető: dr. liliom károlyTel.: 1-279-3121E-mail: [email protected]

56

enzI

mo

lóg

Ia

A sejtek folyamatosan figyelik a külvilágot, hogy az így nyert információ birtokában jobban alkalmazkodhas-sanak folytonosan változó környezetükhöz. A többsejtű szervezetekben elsősorban a sejtet határoló membrán-ban elhelyezkedő heptahelikális receptorok végzik az információk begyűjtését. Emberben kb 800 ilyen recep-tor található, melyek majdnem fele a szaglásban játszik szerepet, a többi pedig a legváltozatosabb ingerek hatá-sára aktiválódik, a fényhatástól kezdve a kémiailag igen különböző kismolekulák érzékelésén át egészen a fehér-jebontó enzimekig. Ezen receptorok működésének meg-ismerése a sejtek olyan alapvető életfolyamataiba enged bepillantást, mint az osztódás, differenciáció, mozgás és alakváltoztatás, egymás közötti kommunikáció és a programozott sejthalál. Nagy nehézséget jelent ugyan-akkor, hogy ezeknek a receptoroknak (a látóbíborban található rodopszin kivételével) nem ismert a kristály-szerkezete. Adott receptorra szelektíven ható vegyü-letek célzott fejlesztéséhez ugyanis legalább a receptor ligandkötőhelyének pontos szerkezetét ismernünk kell.

A heptahelikális receptorok közé tartozó nyolc EDG receptorból három a lizofoszfatidsavat (LPA) ismeri fel, a többi öt pedig a szfingozin-1-foszfátot (S1P). Ezek a receptorok a magzati korban a szív és érrendszer kialakításában, valamint az idegsejtek fejlődésében vesznek részt, míg a felnőtt egyedben szabályozzák az immunválaszt, a sebgyógyulást, a szív és erek védelmét, de közrejátszanak a rákos burjánzás és áttétképzés kialakulásában is. Együtt-működve Dr Tigyi Gábor csoportjával (University of Tennessee, Memphis, USA) jelentős sikereket értünk el az EDG receptorok szerkezetének modellezésében, melyhez a rodopszint használtuk mintaként. A kí-

sérletileg is igazolt modellek felhasználásával pedig az egyes receptorokra szelektíven ható vegyületek kifejlesztésében vettünk részt.

az ábra bal fele az lPa1-es receptort mutatja, jobbra pedig az lPa megkötésében legfontosabb ionos kölcsönhatások láthatóak kina-gyítva.


A heptahelikális receptorok a gyógyszeripar „kedvenc” célmolekulái, a jelenleg forgalomban lévő gyógyszerek majdnem fele, a fejlesztés alatt álló hatóanyagok több mint a fele ezeken a receptorokon hat - jelentőségük tehát mind gyógyászati, mind gazdasági szempont-ból rendkívüli. Például a legújabb fejlesztésű immun-szupresszáns az S1P1-es receptoron hat. Munkánk során a három LPA receptorra szelektíven ható gátló és akti-váló vegyületek sorát hoztuk létre, melyek gyógyszer-fejlesztések alapját képezhetik. Gyógyszeripari együtt-működésben részt veszünk ezen kívül a heptahelikális receptorok vizsgálati módszereinek fejlesztésében is.

Témavezető: dr. liliom károly

lIzoFoszFolIpId receptorok csoport

InTraCellulárIs lIzoFoszFolIPId reCePTorok

57

enzI

mo

lóg

Ia

A foszfolipidek a sejteket környezetüktől elhatároló, va-lamint a sejtorganellumokat elválasztó membránok fő alkotórészei. A lizofoszfolipidek a természetben előfor-duló legegyszerűbb szerkezetű foszfolipidek, amelyek vi-szont nem membrán-alkotók, hanem jelátviteli folyama-tokban információ-közvetitők. Elsődleges hírvivőként a sejtfelszíni heptahelikális receptorok EDG alcsaládjának tagjait aktiválva a sejtek legalapvetőbb életfolyamatainak finom-szabályozásában vesznek részt. Meglepő módon azonban egyes lizofoszfolipidek másodlagos hírvivőként is működhetnek, melyek közül a szfingolipidek közé tar-tozó szfingozin-1-foszfát (S1P) a legjobban jellemzett.

A S1P összetett hatásmechanizmusa jól látható a mellékelt ábrán. A sejtet érő külső inger hatására a sejten belül keletkezik és részben intracellulárisan hat másodlagos hírvivőként, részben a sejtből kijut-va a heptahelikális receptorok EDG alcsaládjának tagjait (S1P1-5) aktiválja. Míg a S1P sejtfelszíni re-ceptorok által aktivizált jelátviteli folyamatai részle-tekbe menően jellemzettek, addig az intracelluláris jelpályákról alig tudunk valamit. A kétféle úton ki-váltott élettani hatások ráadásul jelentősen átfednek, megnehezítve az elkülönített vizsgálatukat. Sok ku-tató kétségbe is vonta a közvetlen sejten belüli hatás létezését a sejtfelszíni receptorok felfedezése után. Dagmar Meyer zu Heringdorffal (University of Es-sen, Németország) együttműködésben egyértelműen bizonyítottuk, hogy a S1P képes közvetlenül Ca2+ io-nokat felszabadítani a sejt belső tárolóiból. Egy má-

sik kutatócsoport pedig igazolta másodlagos hírvivő funkció létezését a sejtosztódás serkentésére és az apoptózis (programozott sejthalál) gátlására vonat-kozóan. Nem tudni azonban, hogy ezek a hatások mely jelátviteli folyamatok aktiválásával, mely cél-fehérjékkel kölcsönhatásban valósulnak meg. Ezt az élettani szempontból fontos kérdést tanulmányozzuk jelenleg. Legújabb eredményeink szerint a szfingozil-foszforilkolin, amely S1P-rokon molekula szintén képes a direkt intracelluláris Ca2+ felszabadításra és az S1P-hez hasonlóan vesz részt szabályozási fo-lyamatokban, képes hozzákötődni a kalmodulinhoz és gátolni annak működését. A kalmodulin a sejtek Ca2+ ionoktól függő szabályozási folyamatainak leg-fontosabb közvetítője, endogén gátlószere eddig nem volt ismert. Folyamatban lévő kísérleteinkben ennek az endogén gátlásnak a természetét és az élettani folyamatokan betöltött szerepét tanulmányozzuk.

Nagyon fontos annak a kérdésnek a tisztázása is, hogy milyen mechanizmussal jut keresztül a sejten belül képződő S1P a plazmamembránon. Ez a folyamat nem megy végbe egyszerű diffúzióval. Más kutatók és saját megfigyeléseink szerint is az aktív transzport fehérjék ABC családjának tagjai lehetnek felelősek a S1P kijutta-tásáért. Intézetünkben jelentős hagyománya van az ABC transzporterek kutatásának, Dr Váradi András csoport-jával együttműködve próbáljuk tisztázni, hogy melyik transzport fehérjék vesznek részt a S1P sejtből történő ki-pumpálásában. Úgy tűnik, hogy a folyamatban szerepet játszó fehérjék sejt-típusonként különbözőek lehetnek.


A lizofoszfolipidek sejten belüli célfehérjéinek – intracelluláris receptorainak – és membrán-transzport-jának megismerése a biológiai szabályozás teljesebb meg-értését és olyan új hatóanyag-targetek azonosítását jelenti, amelyek működését befolyásoló vegyületek kifejlesztésé-vel csökkenthető például egyes szövetek apoptotikus sé-rülése, amilyen az infarktust követő szívizomelhalás is.

BIoInFormatIkaI és FunkcIonálIs genomIkaI csoport

BIoInFormaTIka

Témavezető: dr. patthy lászló Tel.: 1-279-3125E-mail: [email protected]

58

enzI

mo

lóg

Ia

A genom-szekvencia értelmezésének, a genom an-notációnak első lépése a gének bioinformatikai úton történő azonosítása és szerkezetük meghatározá-sa. Súlyos problémát jelent, hogy az azonosított gé-nek jelentős hányadáról bizonyosodik be, hogy a megjósolt szerkezet téves. A jelenlegi génpredikciós módszerek bizonytalanságai problémát okoznak a (tévesen) megjósolt gének/fehérjék expresszióját sza-bályozó genomikai elemek meghatározásában, funk-ciójuk további vizsgálatában.

Célunk a génpredikciós módszerekkel rosszul megjósolt gének azonosítása, a helyes génszerkezet predikciója és a jelenlegi génpredikciós módszerek-nél megbízhatóbb eljárás kidolgozása.

A tévesen megjósolt gének azonosításának alap-ja az, hogy egy gént akkor tekintünk rosszul meg-jósoltnak, ha az általa kódolt fehérje jellemzői nin-csenek összhangban a fehérjékről alkotott jelenlegi tudásunkkal. Eddig nyolc módszert dolgoztunk ki a gyanús fehérjék azonosítására, nyolcféle kritérium alapján vizsgáljuk a nyilvános adatbázisokban talál-ható, predikált gén/fehérje szekvenciákat.

A rosszul megjósolt fehérjék annotációinak pub-likálására létrehoztuk a MisPred adatbázist, illet-

ve a DELTA Elektronik Kft.-vel együttműködve az adatbázishoz kapcsolódó honlapot, amely a http://mispred.enzim.hu címen érhető el. A weboldal célja a projekt céljainak és kutatási eredményeinek bemu-tatása és a létrehozott annotációk nyilvános publiká-ciója hatékony keresési lehetőségekkel.


Annak érdekében, hogy valamennyi szekvenciahibát azonosítani tudjuk, folytatjuk további hibaazonosí-tási módszerek kidolgozását. A nagyszámú hiba ki-javítása érdekében eljárást dolgozunk ki a hibásan jósolt gének helyes szerkezetének automatikus kor-rekciójára.

Munkánk eredményeként olyan, originális szoft-ver/online szolgáltatás jön létre, mely lehetővé teszi a genom-projektekből származó adattömeg auto-matizált minőségellenőrzését és javítását. Ilyen ter-mék iránt jelentős érdeklődés várható nemcsak a genomadatokat használó kutatók, hanem a nagy genom-projekteket végző nemzeti/nemzetközi kuta-tóközpontok és vállalatok, valamint gyógyszergyá-rak és biotechnológiai vállalatok részéről is.

Témavezető: dr. patthy lászló

BIoInFormatIkaI és FunkcIonálIs genomIkaI csoport

FeHérjék szerkezeTI és FunkCIonálIs VIzsgálaTa

59

enzI

mo

lóg

Ia

A fehérjék és gének összehasonlító vizsgálatára korábban kidolgozott érzékeny bioinformatikai módszereink segítségével hatékonyan lehet távo-li homológiákat detektálni, új géneket azonosítani, a homológok szerkezetét és funkcióját megjósolni. Ilyen bioinformatikai elemzések segítségével több-féle, multidomén fehérjékben előforduló fehérje domént és új fehérjét azonosítottunk. Az új domének és fehérjék közül az evolúcióbiológiai, funkcionális és orvosbiológiai szempontból kitüntetett jelentősé-gűnek vélt fehérjéket és a fehérje modulok egy részét rekombináns úton - bakteriális, élesztő vagy rovar-sejt expressziós rendszerben – előállítjuk és elvégez-zük funkcionális és szerkezeti jellemzésüket.

A bioinformatikai és kísérletes munkát kombiná-ló megközelítésünk eredményeképpen előállítottuk és Gottfried Otting svéd/ausztrál és Miguel Llinas amerikai NMR spektroszkópiás munkacsoportjával együttműködve meghatároztuk:

- a prokollagen C terminális processzálását előse-gítő fehérje a PCOLCE1 NTR doménjének,

- a belsőfülben a hallás- és egyensúly-érzékelés-hez szükséges molekuláris finomszerkezet kialakí-tásában fontos szerepet játszó Cochlin fehérje LCCL doménjének,

- az embrionális fejlődés, sejt differenciáció folya-mataiban kulcsszerepet játszó Wnt jelátvitelt gátoló Wnt-inhibitory-factor-1 (WIF-1) fehérje Wnt-kötő, ún WIF doménjének,

- a többféle proteázinhibitor doménből á l ló W F I K K N1 fe hé r j e m á s o d i k Ku n i t z - t ipu s ú doménjének a térszerkezetét.

Meghatároztuk a metasztázisban alapvető szere-pet játszó metalloproteáz, az MMP-2, fibronektin-homológ régiójának térszerkezetét. A szubsztrátkötés szerkezeti hátterének kiderítése lehetővé teszi speci-fikus, a rákos betegségek gyógyításában használható, csak az MMP-2-t gátló inhibitorok előállítását.

A genomszekvenciák analízisével azonosított két ho-mológ multidomén fehérje a WFIKKN1 és WFIKKN2 közül a WFIKKN2 gátolja az izomnövekedést gát-ló növekedési faktor, a miosztatin aktivitását, így a WFIKKN2-nek szerepe van az izomnövekedés szabá-lyozásában. A miosztatin aktivitását gátló szerek vagy fehérjék serkenthetik az izom fejlődést, tehát sikerrel alkalmazhatók minden izomvesztéssel járó betegség vagy állapot,- pl. izomsorvadások, öregedés során be-következő izomvesztés- kezelésére. Ilyen gyógysze-rek kifejlesztése érdekében jellemezzük a WFIKKN2 -miosztatin kölcsönhatást, azonosítjuk a kölcsönhatás kialakításában részt vevő doméneket/régiókat.

a WIf domén térszerkezete


Az orvosbiológiai szempontból fontos fehérjék funk-cionális és szerkezeti jellemzése elősegíti azoknak a kóros folyamatoknak a megértését és gyógyítását, amelyekben az adott fehérje szerepet játszik.

proteáz csoport

olIgoPePTIdázok

Témavezető: dr. polgár lászlóTel: 1-279-3110E-mail: [email protected]

60

enzI

mo

lóg

Ia

A szerin peptidázoknak egy új csoportját fedeztük fel, amelyet prolil oligopeptidáz családnak neveztünk el. Ide tartozik az acilaminoacil peptidáz (AAP), amely-nek egy dimer formáját mutatja a mellékelt ábra. Az enzim a peptidáz domén mellett tartalmaz egy pro-peller domént is, amely csak kisebb peptideket en-ged az aktív centrumhoz. Az AAP-nek orvosi, kör-nyezetvédelmi és katonai jelentősége is van, mivel nemrégen derítették ki, hogy organofoszfátok rend-kívül erősen gátolják. Az organofoszfátok, mint a dichlorvos vagy a diisopropilfluorofoszfát, erős gát-lószerei az acetilkolineszteráz nevű enzimnek, mely az idegek közötti kapcsolatot szabályozza. Ilyen gát-lószereket (gyógyszereket) használnak a szellemi le-épülés javítására, mint amilyen az Alzheimer beteg-séggel kapcsolatos tanulás, memória és emóció káros változása. Kimutatták azonban, hogy az AAP egy nagyságrenddel érzékenyebb az organofoszfátokra mint az acetilkolineszteráz. Ez a váratlan eredmény szükségessé teszi mind az organofoszfátok, mind az AAP fiziológiás szerepének a tisztázását. A vizs-gálatok fontosságát az is aláhúzza, hogy az emberre veszélyes organofoszfátokat a növényvédelemben is használják. Az AAP-ről az is ismert, hogy különbö-ző rákos folyamatokban fontos szerepet játszik.


Olyan specifikus inhibitorokat állíthatunk elő, ame-lyekkel megkülönböztethetjük az acetilkolineszterázt az AAP-tól. Az inhibitorokat felhasználhatjuk az en-

zim fiziológiás szerepének tisztázására és ennek alap-ján a gyógyászatban is. Ha a dimerizáció szükséges az enzim működéséhez, olyan új inhibitorokat is ter-vezhetünk, amelyek az alegységek kapcsolódását aka-dályozzák meg. Molekuláris biológiai módszerekkel leválaszthatjuk a propeller domént a peptidázról, így az enzim nemcsak kis molekulákat, hanem fehérjéket is emészthet, ami az analitikában és a biotechnológi-ában felhasználható. Lehetőség nyílik olyan érzékeny analitikai módszerek kifejlesztésére, amelyekkel a szerves foszforsavak mennyisége meghatározható, aminek a peszticidekkel vagy harci gázokkal történt szennyeződés felderítésében van jelentősége.

memBránBIokémIaI kutatócsoport

daganaTos sejTek rezIszTenCIájáT gáTló VegyÜleTek FejleszTése

Témavezető: dr. szakács gergelyTel.: 1-372-4321E-mail: [email protected]

61

enzI

mo

lóg

Ia

A daganatos megbetegedések korszerű gyógyítása a sebészi beavatkozás és a sugárterápia mellett el-sősorban gyógyszeres kezelésen alapul. Általános tapasztalat szerint a citosztatikus terápia a da-ganatos sejtek kialakuló rezisztenciája miatt sok esetben nem bizonyul hatékonynak, a kemoterápia kudarcáért a legtöbb esetben az ún. multidrog re-zisztencia fenotípus tehető felelőssé. A multidrog rezisztens daganatsejtek keresztrezisztenciát mu-tatnak szerkezetükben és hatásmechanizmusuk-ban különböző citotoxikus szerekkel szemben. A rezisztenciát többnyire az ABC-transzporterek családjába tartozó fehérjék biztosítják, melyek az ATP energiáját felhasználva megakadályozzák a citosztatikus vegyületek sejten belüli felhalmozó-dását. E fehérjecsalád legismertebb képviselője az MDR1 (P-glikoprotein), melynek szubszrátjai kö-zött a daganatellenes szerek mellett több fontos, a gyógyászatban használt vegyület található. Az MDR1 a bélben a gyógyszerek felszívódását, a ve-sében és a májban a kiválasztását, a vér-agy gátban a megoszlását, a (daganat)sejtekben a sejtekbe való jutását szabályozza. In vitro kísérletekben MDR1-gátló vegyületek jelenlétében a rezisztens sejtek is elpusztíthatók. Bár az állatkísérletek tanúsága sze-rint az MDR1 gyógyszeres gátlása az élettel össze-egyeztethető, a több

évtizedre visszanyúló klinikai vizsgálatok rendre kiábrándító eredménnyel zárultak. Általános véleke-dés szerint a hagyományos MDR1-gátlószerek alkal-mazásakor óhatatlanul fellépő mellékhatások miatt

multidrog rezisztencia gyógyszeres megelőzése egy-előre nem tekinthető megoldottnak.

Posz tdok tor i k ut at á s a i m a lat t eg y oly a n farmakogenomikai módszert dolgoztam ki, mely ré-vén a hagyományos kezelésnek ellenálló, a multidrog rezisztens sejtek elpusztítására képes („MDR1-inverz”) vegyületek azonosíthatók. Célom további „MDR1-inverz” vegyületek azonosítása, hatásme-chanizmusuk megértése, valamint a klinikai próbá-kat előkészítő kísérletek előkészítése.


Az MDR1-inverz vegyületek új, ígéretes lehetőséget kínálnak egy fontos klinikai probléma enyhítésére. E röviden vázolt projekt célja, hogy felderítse az in vitro és in vivo hatások hátterében meghúzódó biokémiai mechanizmusokat, és hogy az arra legalkamasabb vegyületeket a klinikai próbáig jutassa.

Fehérje-szerkezet kutatócsoport

FeHérje-szerkezeT alaPelVeI

Témavezető: dr. simon istvánTel.: 1-279-3132E-mail: [email protected]

A fehérjék térszerkezetéről alkotott képünk az utóbbi két évtizedben nagymértékben megváltozott. A DNS szinten történő szekvenálás nyomán megnövekedett a különle-ges aminosav-összetétellel rendelkező, pl. transzmemb-rán fehérjék száma. A genomikai projektek nyomán ki-derült, hogy a fehérjéknek legalább negyede tartalmaz a sejtmembránon áthaladó szegmenseket. Szintén az utób-bi évtizedben vált ismertté, hogy számos vízben oldható fehérje nem vesz fel stabil térszerkezetet. Ennek ellenére ezek a fehérjék képesek funkciójukat ellátni, és a stabil szerkezet sokszor partnerükhöz kötődve alakul ki.

Ezek az eredmények annak újragondolására ösz-tönöznek, hogy hogyan határozza meg egy adott aminosav-sorrend a fehérjék térszerkezetét és ezáltal funkcióját. Csoportunk célja, hogy bioinformatikai eszközökkel feltárja azokat az alapelveket, melyek a fehérjék térszerkezetének alakulását vezérlik és meg-keresse a szerkezet és funkció vagy adott esetben a szerkezet nélküliség és a funkció közötti összefüg-géseket. A felderített alapelveket szerkezet-becslő, analizáló programokba építjük be, melyek szerve-rek formájában kerülnek fel a világhálóra. Eddig 13 szervert hoztunk létre és üzemeltetünk.

1. globuláris fehérjék szerkezet-funkció összefüggései

Globuláris fehérjék működését gyakran kitün-tetett oldalláncok, szerkezeti elemek határozzák meg. Ezeket szimulációs módszerekkel, valamint bioinformatikai eszközökkel azonosítjuk. Stabilizá-ciós centrumok alapján értelmeztük az MHC fehér-jék szabályozását, az α/β hordó fehérjék szerkezetét kialakító tényezőket, valamint a PD..D/ExK típusú

restrikciós endonukleázok evolúciós rokonságát. Felderítettük a dUTPáz és a prolil oligopeptidáz szubsztrát-kötő sajátságait. Hibrid kvantumkémiai-molekulamechanikai számítások segítségével meg-határoztuk a BamHI restrikciós endonukleáz enzim katalitikus mechanizmusát és értelmeztük az egyes oldalláncok szerepét. Molekuladinamikai számítá-sok segítségével a specifikus DNS felismerést elindító molekuláris tényezőket vizsgáltuk. Dokkolási mód-szereket fejlesztettünk és alkalmaztunk TBC elleni hatóanyag kidolgozására.

2. transzmembrán fehérjék topológiájának vizsgálata

Transzmembrán fehérjék szerkezetének meghatáro-zása különlegesen nehéz feladat. Számos funkcioná-lis kérdés azonban a fehérje topológiájának ismereté-ben is megválaszolható. Csoportunk két, igen ismert predikciós eljárást dolgozott ki: a DAS módszert, va-lamint a rejtett Markov eljáráson alapuló HMMTOP módszert, mely az egyik legpontosabb predikciós eljárás. Ezen módszerekkel végzett topológia becslé-sek alapján sikerült értelmezni az ABC transzporter fehérjék számos tulajdonságát, valamint felismerni a prion fehérjék transzmembrán eredetét. Kifejlesz-tettük a transzmembrán szegmenseket azonosító TMDET algoritmust, és ennek segítségével létrehoz-tuk a Protein Data Bank-hez (PDB) kapcsolódó, he-tente frissített PDB-TM adatbázist. Továbbá egy még részletesebb transzmembrán topológiai adatbázist, a TOPDB-t, ami a röntgendiffrakciós és NMR adatok mellett számos kémiai és biokémiai információ fel-használásával készült.

62

enzI

mo

lóg

Ia

Fehérje-szerkezet kutatócsoport

63

enzI

mo

lóg

Ia

3. rendezetlen fehérjék szerkezet-funckió összefüggései

Napjaink fehérjetudományának legnagyobb kihí-vását a stabil térszerkezettel nem rendelkező fehér-jék jelentik. Bioinformatikai módszerek segítségével sikerült értelmeznünk, hogy ezen a fehérjékben a stabil térszerkezet hiánya az aminosav-összetétel-re vezethető vissza, mely nem eredményez elegendő számú kedvező kölcsönhatást. Ezen az elven alapul az IUPred predikciós módszer, melyet kiterjedten használnak rendezetlen fehérjék/szegmensek azo-nosítására. Különböző genomokon ezen módszerrel becsült rendezetlen fehérjék aránya alapján megál-lapítást nyert, hogy a rendezetlen fehérjék evolúci-ós előnyt jelentenek, arányuk növekszik az evolúció során. A rendezetlen fehérjék kitüntetett szerepet játszanak a fehérje-fehérje kölcsönhatási hálózatok szervezésében. Rövid, fehérje-fehérje kölcsönhatá-sokat közvetítő motívumok is gyakran rendezetlen fehérje-szakaszokban fordulnak elő. A rendezet-len fehérjék gyakran felismerési feladatot látnak el, melyben kitüntetett szerepe lehet átmeneti (tranzi-ens) másodlagos szerkezettel bíró szakaszoknak. Ele-meztük továbbá a rendezetlen fehérjék komplexeit és kölcsönhatásait és rámutattunk a komplex szervező-désében szerepet játszó különleges tulajdonságaikra.


A csoport által feltárt alapelvek utat nyitnak egy általános fehérje-szerkezet szerveződési modell kidolgozásához. A transzmembrán topológiát be-csülő eljárások részét képezik a Gram-negatív bak-tériumok fehérjéinek szub-celluláris lokalizációját vizsgáló algoritmusnak. A létrehozott transzmemb-rán adatbázisok ezen fehérjék összehasonlítását és pontosabb megértését teszik lehetővé. A fehérje szekvenciák rendezetlenségét becslő algoritmus szintén szerver formájában a világhálón hozzáfér-hető. Ezzel nemcsak egész fehérjéket, de egyes ren-dezetlen szegmenseket is lehet azonosítani, vagy speciális, rövid rendezett szakaszokat kijelölni. A távlati cél rövid kölcsönható szakaszok jóslása, il-letve amiloidok kialakulásáért felelős szakaszok azonosítása. A rendezetlen fehérjék kölcsönhatásait vizsgáló és jósló kutatások új utakat nyithatnak a gyógyszerkutatásban. Az egyedi fehérjéken végzett vizsgálatok az eredeti szerkezet-funkció elv ponto-sításai, melyek eredményei a gyógyszer-fejlesztés-ben hasznosíthatók.

Eredményeinket hazai alkalmazott kutatási pro-jektek mellett sikeresen használtuk fel két már lezárt Európai Uniós projektben, az állattenyésztésben hasz-nált illegális hatóanyagok húsmintáiból való azonosí-tására, illetve TBC elleni hatóanyag felkutatásában.

rendezetlen Fehérjék csoport

rendezeTlen FeHérjék VIzsgálaTa

Témavezető: dr. Tompa péterTel.: 1-279-3143E-mail: [email protected]

64

enzI

mo

lóg

Ia

A klasszikus szerkezet-funkció paradigma szerint a fehérjék funkciójához jól definiált háromdimenzi-ós térszerkezetre van szükség. Az elmúlt néhány év megfigyelései azonban arra figyelmeztetnek, hogy ez az összefüggés nem általános, bizonyos fehérjék natív, funkcionális körülmények között sem rendelkeznek jól definiált térszerkezettel. Ezek a rendezetlen fehér-jék szerkezetileg leginkább a globuláris fehérjék dena-turált állapotaira hasonlítanak, azonban ebben az ál-lapotban képesek funkciójukat kifejteni. A szerkezeti rendezetlenség magasabb eukariótákban nagyon gya-kori, a humán proteomban például a fehérjék mintegy 12%-a teljesen rendezetlen, és 50%-a tartalmaz leg-alább egy hosszú (30 aminosavnál hosszabb) rende-zetlen szakaszt. A rendezetlenség legmagasabb a jelát-viteli és transzkripciós szabályozási feladatokat ellátó fehérjékben, így ezek mutációi gyakran okoznak sú-lyos betegségeket, rákot vagy éppen neurodegeneratív betegségeket. A rendezetlen fehérjék nagy száma és funkcionális fontossága a szerkezet-funkció paradig-ma újragondolását és kiterjesztését igényli.

A csoportban ezen célok megvalósítására szerte-ágazó munka folyik, ami egyrészt kísérletes szerke-zet-funkció vizsgálatokat, másrészt bioinformatikai elemzéseket takar. Kísérletes vizsgálataink elsősor-ban a rendezetlen fehérjék felismerő funkcióinak, illetve dajkafehérje funkciójának részletes vizsgála-tát, funkcionális sokféleségük (promiszkuitás) jel-lemzését, felületi hidratációs tulajdonságaik részle-tes leírását célozzák. A bioinformatika eszköztárát

kölcsönhatásaik molekuláris szabályszerűségeinek, betegségekben játszott szerepüknek és evolúciójuk törvényszerűségeinek megállapítására használjuk. Mindezen vizsgálatok lehetővé teszik a rendezet-lenség szerkezeti-funkcionális jellemzését, evolúciós előretörésének és eukarióta proteomokban megfi-gyelhető elterjedtségének értelmezését, valamint a szerkezet-funkció paradigma újrafogalmazását.


A rendezetlen fehérjék mutációi gyakran szerepel-nek betegségekben, ugyanakkor partnerükkel való kapcsolataik sajátosságai lehetővé teszi, hogy ellenük inhibítorokat tervezzünk és fejlesszünk. Ez a kutatá-si irány a rák és neurodegeneratív betegségek effektív terápiájára alkalmas gyógyszerek új generációjának kifejlesztéshez vezethet.

aktív transzport Fehérjék

az aBC FeHérjék szerePe és mŰkÖdése

Témavezető: dr. váradi andrás Tel.: 1-279-3128E-mail: [email protected]

65

enzI

mo

lóg

Ia

A fejlett országokban a rákos megbetegedések az egyik leggyakoribb halálozási ok. A betegség egyik legfontosabb kezelési lehetősége a kemoterápia, melynek során gyógyszerekkel próbálják elpusztíta-ni a rákos sejteket.

Az ABC fehérjék akkor kerültek a tudományos kuta-tás előterébe, mikor kiderült, hogy bizonyos tumorsej-tek rezisztensek, azaz nem reagálnak a kemoterápiás kezelésre, mert sejtmembránjukban olyan fehérjéket expresszálnak, amelyek a tumorsejtekre nézve mérgező anyagokat (a gyógyszereket) „kipumpálják“ a sejtből.

A Humán Genom Project révén összesen 48 fehérjét azonosítottak, amelyek az ABC transzporte-rek családjába tartoznak. Ezek a fehérjék működésük során az ATP hidrolíziséből származó energiát hasznosítják, és összességében nagyon sokféle anyagot tudnak transzportálni. A 48 fehérje közül csak né hány játszik szerepet a kemoterápiával szembeni reziszten-cia kialakításában. Más ABC fehérjékben bekövetkező mutációk öröklődő betegségekhez vezetnek.

Csoportunk fő kutatási iránya – a multidrog-rezisztenciához kapcsolódó fehérjék megismerésén kivül - három olyan ABC transzporterre irányul, melyek ez utóbbi csoportba tartoznak. A PXE (pseu-doxanthoma elasticum) ritka öröklődő betegség, amelyet az ABCC6 fehérjében bekövetkező mutá-ciók okoznak. A betegség a kötőszöveti rostok kal-cifikációjával jár, a tünetek először a bőrben, majd a szemben és az erekben jelentkeznek. A betegség a látás romlásához, súlyos esetben akár vaksághoz, és érelmeszesedéshez vezet. A szitoszterolémia a lipid anyagcserében bekövetekző rendellenesség, és korai érelmeszesedéshez, és szívproblémákhoz vezet. Ezt a

betegséget két ABC fehérje, az ABCG5 és az ABCG8 (amelyek egy működési egységet alkotnak) valame-lyikében bekövetkező mutáció okozza.

Kutatásaink során ezen fehérjék szerepét, hatás-mechanizmusát vizsgáljuk. Kísérleteinkben arra keressük a választ, hogy a betegséget okozó mutációk hogyan befolyásolják a fehérje ATP-kötését, transzport aktivitását, mennyiben módosítják a sejten belüli elhe-lyezkedését, azaz megpróbáljuk felderíteni a betegség hátterében álló molekuláris mechanizmusokat.


A fehérjék működésének, szervezeten belül betöltött szerepének megismerése elengedhetetlen ahhoz, hogy egy esetlegesen kialakúló betegséget hatékonyan le-hessen gyógyítani. Kutatásainkat több hazai és kül-földi laboratóriummal együttműködve végezzük, tagjai vagyunk többek között egy európai konzorci-umnak, és egy amerikai laboratóriumokat is magába foglaló szélesebb nemzetközi együttműködésnek.

enzImek modulárIs szerveződése csoport

egy kInáz enzIm és a HIV TeráPIa

Témavezető: kazinczyné dr. vas Mária Tel.: 1-279-3152E-mail: [email protected]

66

enzI

mo

lóg

Ia

Napjainkban egyre sürgetőbb a HIV elleni hatékony védekezés. A gyógyszerek fontos csoportját alkotják a különféle nukleozid-vegyületek. Hatásuk abban áll, hogy a virális DNS lánc felépülését, és ezáltal a vírus fehérjeszintézisét gátolják. A hatást csak a nukleozidok trifoszfát formája, a nukleotidok képesek kifejteni. Ezek viszont nem alkalmazhatóak közvetlenül gyógy-szerként, mert nem képesek a sejtmembránon átha-tolni. A gyógyszerek csak a hatóanyag prekurzorát tartalmazzák, melyből maga az élő szervezet állítja elő – természetes kináz enzimei segítségével – a valódi foszforilált hatóanyagot, a nukleotidot. A tapasztalat azonban azt mutatja, hogy ez a folyamat nem zökkenő-mentes. Egyrészt a foszforiláció három egymás utáni lépésben, különféle kinázok közreműködésével zajlik, melynek „szűk keresztmetszetét” a harmadik lépés, a difoszfátokból a trifoszfátok képződése jelenti. Ebben az utolsó katalitikus lépésben résztvevő kinázok közül egy glikolitikus enzim, a 3-foszfoglicerát kináz (FGK) bizonyult a leghatékonyabbnak. Másrészt, igen sokféle kémiai szerkezetű nukleozidot alkalmaznak gyógy-szerként, és folyamatosan próbálkoznak újabbakkal is az optimális hatás eléréséhez. Új gyógyszerek terve-zését a korábbiakkal szemben kialakuló rezisztencia is szükségessé teszi. A természetes D-sztereokémiájú nukleozidok mellett azok tükörképi párjai, az L-ana-lógok sokszor ígéretesebbek, mivel toxicitásuk kisebb. A gyógyszertervezés fontos kérdése a különféle szer-kezetű vegyületek foszforilálhatósága a kinázok hatá-sára. Laboratóriumunkban jelenleg nukleotid model-

vegyületek, valódi gyógyszerek és gyógyszerjelöltek difoszfátjainak PGK katalizálta foszforilálását kezdtük el tanulmányozni. A PGK jelentőségét az enzim ala-csony enantio-szelektivitása is aláhúzza. A PGK mű-ködésének mechanizmusát és annak szerkezeti alap-jait már régóta vizsgáljuk. Felgyülemlett ismereteink biztos alapot szolgáltatnak kutatásaink gyógyszerter-vezés területére való kiterjesztéséhez.


A nem-fiziológiás nukleozid analógok enzimatikus foszforilációja molekuláris alapjainak megértése fontos támpontot jelent a gyógyszerjelölt vegyületek szerkezetének optimalizálásához és új vegyületek tervezéséhez. Vizsgálataink mindemellett a modu-láris kinázok általi katalízis mechanizmusának jobb megértését is célozzák.

Fehérje konFormácIós Betegségek csoport

oXIdáCIós FeHérje FelTekeredés

Témavezető: dr. Welker ervinTel.:1-279-3113E-mail: [email protected]

67

enzI

mo

lóg

Ia

Az élő szervezetet felépítő fehérjék létfontosságú funkcióikat az esetek jelentős többségében bonyolult háromdimenziós szerkezetük révén képesek ellátni. A fehérjék térszerkezete az aminosavak sorrendjében, így végső soron a génekben van kódolva. A DNS-ben tárolt információ tehát a fehérjék háromdimenziós szerkezetében teljesedik ki végső formájában. Az ide vezető többlépcsős folyamat egyik legfontosabb, sok részletében azonban még máig sem ismert eleme a frissen szintetizálódott fehérjeláncok feltekeredése; az elemi lépések sorozata, melynek során a fehérje-lánc elnyeri egyedi háromdimenziós térszerkezetét. Ez a kérdés nagyon fontos tudományos alapproblé-ma, minthogy a sejtekben zajló szinte valamennyi folyamat fehérjék részvételével és közvetítésével tör-ténik; a fehérjék feltekeredése kapcsolódik a legtöbb sejtes folyamathoz. A folyamat jelentősége különö-sen nyilvánvalóvá válik, ahogyan egyre több beteg-ségről derül ki, hogy a betegség hátterében fehérjék feltekeredésében előforduló hibák állnak. Jól ismert példái ennek a prion betegségek, az Alzheimer és a Parkinson kór, a Huntington szindróma vagy a sar-lósejtes vérszegénység. A biotechnológia látványos

előretörése a fehérjék feltekeredésének problémáját szintén a figyelem középpontjába állítja, hiszen gya-korta előforduló probléma, hogy egy fehérjét nagy mennyiségben sikerül termelni, de az aktív állapo-tot jelentő térszerkezet kialakítására, a fehérje helyes feltekeredésére nem sikerül megfelelő eljárást, körül-ményt találni.

A fehérjék térszerkezetét gyakorta diszulfidhidak stabilizálják. Munkánkban különös figyelmet szentel-tünk a diszulfíd hidakat tartalmazó fehérjék felteke-redésére, (oxidációs fehérje feltekeredés) hiszen ezek a fehérjék a számarányukat messze meghaladó arány-ban felelősek örökletes betegségek kialakulásáért.


Az oxidációs fehérje feltekeredés folyamatának meg-ismerése nagy jelentőségű a fehérjék helyes konfor-mációjának kialakulásában bekövetkezett hibák miatt fellépő betegségek megértésében, és így a gyó-gyításukban. Továbbá, biotechnológiai alkalmazá-sokban is, ahol gyógyászatilag fontos fehérjék aktív formában való előállítása a cél.

dns-metaBolIzmus és -javítás csoport

a duTPáz enzImCsalád

Témavezető: dr. vértessy g. BeátaTel.: 1-279-3116E-mail: [email protected]

68

enzI

mo

lóg

Ia

A genetikai kód révén az élőlények a szervezetük fel-építéséhez és szabályozott működéséhez szükséges in-formációt nukleinsav makromolekulákban (általában DNS, néha RNS) tárolják. Ezek a molekulák azonban kémiailag reaktívak, és módosulásaik az információ-tárolás hibáit okozzák. Az oxigén és a belőle keletkező reakcióképes vegyületek az elsődleges DNS-károsítók, de hasonlóan hat a vizes közeg is. A DNS-károsodá-sok számos betegség kiváltói lehetnek.

Az élő sejtben műkődő DNS-hibajavító rendszerek kiemelkedő jelentőségűek a DNS-károsodások elleni védekezésben. Ezen rendszerek hiánya vagy károsodása gyakran okoz korai öregedést, sejthalált (idegsejtekben vagy más sejtekben), vagy a sejt tumoros elváltozásához vezet. Így a DNS-hibajavító rendszerek megértése alap-vető új gyógymódok kidolgozásához vezet a rákterápia, a gerontológia, valamint a neurológia terén.

A spontán bekövetkező DNS-hibák közül a leg-gyakoribb az uracil bázis megjelenése a DNS-ben. Ez két úton történhet: citozin dezaminálás vagy timint helyettesítő beépülés révén. Két enzimcsalád játszik lényeges szerepet a DNS uracilmentességének bizto-sításában: a dUTPáz és az uracil-DNS glikozidáz. A dUTPáz eszenciális enzim (1. ábra), amely preven-tív javító szerepkörben teremti meg a DNS-szinté-zis korrekt körülményeit: a dUTP/dTTP arány ala-csony szintjét. Az enzim hiányában a sejtbeli DNS uraciltartalma nagymértékben megnő, és az uracil-kivágás fokozódása túlterheli a DNS-hibajavító rendszert. A dUTPáz hiánya tehát letális, az enzim gátlása miatt rákos sejtek is elpusztulhatnak.


A dUTPáz-antagonizmus kutatása újszerű tumor- és vírusellenes terápiák kidolgozásához vezethet. Az enzimműködés megértéséhez többféle dUTPáz esetében sikerült feltérképeznünk a javító reakció lépéseit. Nagy felbontású háromdimenziós térszer-kezeteket határoztunk meg, és ezek értelmezésével, valamint oldatbeli módszerek széles körét alkal-mazva sikerült azonosítani a reakció molekuláris mechanizmusát és a folyamat során valószínűsíthe-tő átmeneti állapot térszerkezetét (az enzimreakció szimulált atomi moziját, lásd a http://www.enzim.hu/~vertessy/react3.wmv címen). Erre alapozva a továbbiakban specifikus és hatékony antagonisták tervezésébe fogtunk.

Témavezető: dr. vértessy g. Beáta

dns-metaBolIzmus és –javítás csoport

uraCIl-dns jeláTVITel

69

enzI

mo

lóg

Ia

A DNS-be uracil alapvetően két úton kerülhet, ami aztán rendszerint hibaként értelmeződik és javító-dik. Az uracil kizárásában két kulcsenzim játszik szerepet: a dUTPáz és az uracil-DNS glikozidáz (UDG). Amennyiben azonban a dUTPáz és az UDG aktivitás felfüggesztődik, az uracil elvileg tolerálha-tóvá válik. Eredményeink szerint ez az eset fordul elő az ecetmuslica lárváiban. Munkacsoportunk hi-potézise szerint a teljes átalakulással fejlődő rovarok lárvájában felhalmozódó uracil-DNS hozzájárulhat a metamorfózis során zajló sejthalálhoz (1. ábra).

1. Az ecetmuslica lárvákon belül csak a metamorfózist túlélő imaginális korongok tartalmaznak dUTPázt (zöld szín az immunhisztokémiai met-szeteken). A többi lárvális szövet uracil-DNS-t halmoz fel (sárga U az alsó DNS-ábrán). A bebábozódás során egy uracil-DNS degradáló faktor (sárga villámok) az uracil-DNS hasítását idézi elő, és ezzel hozzájárul a sejthalálhoz.

Azonosítottuk az uracil-DNS degradáló faktort (UDE), és ezen fehérje szerkezeti, funkcionális karakte-rizálását végezzük. Vizsgáljuk ezen fehérje élettani szere-pét, mind ecetmuslicában, mind humán sejtvonalakon. Az UDE elősegítheti a rákterápiákban gyakori timidilát

metabolizmust gátló gyógyszerek hatását. Ezek a gyógy-szerek a DNS uracil tartalmának növelésén keresztül indukálnak sejthalált. Az UDE ezen sejtekben az uracil-DNS hatékony degradálása révén növelheti a gyógyszer hatékonyságát. Ezt a hipotézist vizsgáljuk humán rákos sejtvonalakon végzett kísérleteinkben.

Eddigi eredményeink bizonyítják, hogy az UDE egy új nukleáz család első leírt tagja, mely funkció-jában és szerkezetében egyaránt újszerű, és kutatá-sa jelentős új eredményeket hozhat az uracil-DNS metabolizmus, valamint a metamorfózisos sejthalál megértésében. Továbbá az UDE fehérje számos al-kalmazási lehetőséggel is kecsegtet.


Az UDE egyedi specificitása rendkívül hatékony, új molekuláris biológiai módszerek kidolgozá-sát teszi lehetővé három fő terület számára. Ezek a következőek: 1. Mutagenezisre szolgáló hatékony biotechnológiai

laboratóriumi eljárások.2. Molekuláris diagnosztika: egészségügyi alkalma-

zások.3. Rekombináns DNS-technológiai eljárások során

keletkező új genetikai információt kódoló DNS molekulák laboratóriumi környezetből való ki-kerülésének megakadályozása: dekontaminálás, biosafety védekezés.Célunk, hogy a fenti módszerek alkalmazási fel-

tételeit kidolgozzuk, és a felhasználás egyes területe-ire célzott eljárásokat tervezzünk.

Fehérje BIoFIzIkaI csoport

FeHérjeTerVezés, HŐsTaBIlIs enzImek

Témavezető: dr. závodszky péterTel.: 1-209-3535E-mail: [email protected]

70

enzI

mo

lóg

Ia

Az élő sejtekben számos olyan kémiai folyamat zaj-lik nagy sebességgel, amely egyébként csak nagyon lassan menne végbe. Ezeket enzimek katalizálják. Az enzimek bonyolult szerkezetű fehérjemolekulák, amelyek általában rendkívül érzékenyek a környe-zet hatásaira. Hőhatására elveszítik szerkezetüket, denaturálódnak. Vannak olyan - hőforrásokban élő – mikroorganizmusok, amelyek enzimei akár a for-ralást is túlélik és magas hőmérsékleten is képesek működni. Az enzimeket számos biotechnológiai fo-lyamatban használják, pl. a gyógyszeriparban, a cellu-lóz- és papíriparban, környezetvédelemben. A kényes, hőérzékeny enzimpreparátumokat sok esetben hasz-nos lenne hőstabilis fehérjékkel felváltani. Az azonos funkciójú hőstabilis és hőérzékeny enzimek szerkeze-tének összehasonlítása útján elleshetjük a természet-től, miként lehet nagy stabilitású szerves katalizáto-rokat készíteni. Ezen titkok birtokában javíthatjuk az ismert enzimek stabilitását, aminek a tárolás, sterili-zálás szempontjából van nagy gazdasági jelentősége. A hőtűrés javításával az ipari folyamatokat magasabb hőmérsékleten, vagyis gyorsabban, hatékonyabban végezhetjük. Ugyancsak lehetőség nyílik a techno-lógiai folyamatok által megkívánt speciális enzimek tervezésére. Az enzimek tervezését számítógépes modellezéssel kezdjük. Ebben a fázisban eldönthető van-e elvi lehetőség a kívánt szerkezetváltozás meg-valósítására. Ezt követően a DNS szintjén tervezzük meg a fehérjéket. Az így DNS-be kódolt fehérjét gén-

sebészeti eszközökkel visszük be baktérium-, élesztő-, rovar- vagy emlőssejtekbe. Ilyen módon rávesszük e sejteket, hogy a számunkra szükséges fehérjét termel-jék nagy mennyiségben. Ez a bioszintetikus enzimter-melés olcsó és környezetbarát eljárás.

A fehérjemolekulák szerkezetét nagyszámú, gyen-ge fizikai kölcsönhatás stabilizálja. Ennek következ-ménye az enzimeknek az a kivételes tulajdonsága, hogy egyszerre rendelkeznek jól definiált térszerke-zettel és nagyfokú szerkezeti flexibilitással. E tulaj-donságokból fakad az a képességük, hogy működé-süket finom környezeti hatásokkal lehet szabályozni. A fehérjék szerkezetének meghatározása, szabályozá-suk megértése és a fehérjetervezés a biotechnológiai alkalmazásokon túl utat nyit az új típusú, racionális gyógyszertervezés irányába is. Számos betegség oka egyes enzimek hiányában vagy működésének zava-rában rejlik. Az általunk használt eszköztár alkalmas új gyógyszer célpontok előállítására, ellenőrzésére, és új hatóanyagok, hormonok, fehérjék, peptidek előál-lítási technológiájának kidolgozására.


A hőstabilis enzimek, pl. a xilanázok a cellulózfehé-rítésben és a papíriparban kínálnak környezetbarát megoldásokat. A rekombináns fehérje technológia új hormon és fehérje típusú hatóanyagok kifejlesztésé-ben és gyártástechnológiájában hasznosítható.


FeHérjeBonTó enzImek az Immunrendszer szolgálaTáBan

Témavezető: dr. gál péterTel.: 279-3135E-mail: [email protected]

71

enzI

mo

lóg

Ia

Szervezetünk védelmi rendszere - az immunrend-szer - különböző módokon (természetes és szerzett immunitás), valamint különböző eszközökkel (sej-tek és molekulák) biztosítja testünk integritását és véd meg a fertőzésekkel szemben. Ennek a védelmi rendszernek fontos részét képezi egy fehérjebontó en-zimekből (ún. proteázokból) álló kaszkádrendszer: a komplementrendszer. Ezek a proteázok maguk is fehér-jemolekulák, amelyek nagyon specifikusan és hatéko-nyan képesek elhasítani egy másik fehérjemolekulát. A proteolitikus kaszkád során az egyik proteáz hasítja, és ezzel aktiválja a kaszkád soron következő tagját. A kasz-kád aktiválódása a fertőző mikroorganizmus elpusztí-tásához és - az immunrendszer sejtes elemeinek mozgó-sítása révén - gyulladásos folyamat beindításához vezet. A komplementrendszernek körülbelül 30 tagja van, elsősorban a már említett proteázok, de legalább ilyen fontosak az oldott ill. sejtfelszínhez kötött szabályo-zómolekulák és receptorok is. A komplementrendszer normális működése elengedhetetlen szervezetünk bel-ső egyensúlyának fenntartásában, működési zavara azonban súlyos problémákat okozhat, mivel a kontroll nélkül aktiválódó komplementrendszer károsíthatja a saját szöveteket és gyulladások kialakulását eredmé-nyezheti. Rendkívül fontos tehát, hogy minél jobban megismerjük a komplementrendszer molekuláit, akti-vitásukat szabályozó inhibitorokat és a sejtfelszíni re-ceptorokat, hogy a megfelelő helyen és módon tudjunk beavatkozni a rendszer működésébe.

Laboratór iu mun kba n elsősorba n a komp-lement kaszkád kezdet i lépéseiben részt vevő proteázokkal (C1r, C1s, MASP-1/2), ezek inhibito-rával (C1-inhibitor) és receptoraival foglalkozunk.

Röntgendiffrakciós módszerrel meghatározzuk a proteázok térszerkezetét atomi szintű felbontásban. Ezzel lehetővé válik a hatásmechanizmus részletes megismerése és mesterséges gátlószerek tervezése.

A C1-inhibitor nem csak a komplementrendszer, hanem véralvadási kaszkádrendszer és a kinin-kép-ző rendszer proteázainak aktivitását is gátolja, ezért az egyik legfontosabb természetes gyulladáscsök-kentő molekula. Hiánya súlyos betegség – az örök-letes angioödéma – kialakulásához vezet. A világon elsőként nekünk sikerült meghatározni ennek a fon-tos fehérjemolekulának a térszerkezetét és felderíteni működésének atomi szintű hátterét.

A komplementrendszer többféle módon befo-lyásolhatja az immunrendszer sejtjeinek működé-sét. A proteolízis során felszabaduló fragmentumok (anafilatoxinok) megkötődnek a sejtek felszíni recep-torain és stimulálják azokat. Lehetséges azonban egy olyan mechanizmus is, ahol a komplement proteáz közvetlenül hasít, és ezzel aktivál egy receptort a sejt felszínén. Ennek a mechanizmusnak az igazolása az egyik fő kutatási célkitűzésünk.


A komplement proteázokat gátló szerek számos betegség (pl. szívinfarktus, stroke, szervátültetés) ke-zelésében alkalmazhatóak lehetnek. A C1-inhibitort már régóta alkalmazzák az orvosi gyakorlatban. A szerkezet alapján lehetőség nyílik olyan módosított C1-inhibitor molekulák tervezésére, amelyek haté-konyabbak lehetnek a klinikai gyakorlatban, mint a természetes forrásból izolált C1-inhibitor.


a BakTérIumok mozgásszerVeI: a Flagellumok

Témavezetők: dr. vonderviszt FerencTel.: 88-624-974E-mail: [email protected]

dr. dobó józsefTel.: 1-279-3148


72

enzI

mo

lóg

Ia

A baktériumok előrehaladását fő mozgásszer-veik a f lagellumok biztosítják. A f lagellumot há-rom fő rész alkotja: a sejtmembránba ágyazódott bazális (alapi) test, a kampó és a f ilamentum. A hosszú filamentumot lényegében egyetlen fehér-je, a f lagellin építi fel. Egyetlen filamentum akár több tízezer flagellin monomert is tartalmazhat. A flagellin monomerek a filamantumok belsejében ta-lálható vékony, körülbelül 2 nanométer átmérőjű csövön keresztül jutnak el rendeltetési helyükre, a flagellum végére, ahol beépülnek és tovább építik a filamentumot. A kijuttatandó fehérjék felismeréséért és a szekrécióért a flagelláris exportapparátus felelős, amely a flagellum sejten belüli részén helyezkedik el. A f lagelláris export mechanizmusa ma sem ismert pontosan. Nem tudjuk hogy mi a felismert jel a ki-juttatandó fehérjemolekulákon. Úgy tűnik azonban, hogy a jel (szignál) a fehérjék N-terminálisán, vagy ahhoz közel helyezkedik el, viszont nem csupán az aminosavsorrend (szekvencia) határozza meg, hanem magasabb szerveződési szinten található. Korábban azonosítottuk a flagellin exportjához elégséges rövid szignált Salmonella typhimurium baktériumban. A szignált más fehérjékhez kapcsolva azt tapasztaltuk, hogy azok is szekretálódtak (kijutottak a sejtből). Olyan sejteket használtunk, amelyek a flagellin gén-jét már nem tartalmazták, így a szekretált fehérjének nem kellett végigutaznia a hosszú csatornán.


Természetesen felmerült bennünk a gondolat , hogy a f lagelláris exportrendszert rekombináns

fehérjék termelésére is lehetne használni, úg y hog y azok a tápoldatból könnyen k inyerhetők leg yenek . A rekombi ná ns fehér jék e lőá l l ítá-sára a legg yakrabban haszná lt organizmus az Escherichia coli baktérium. A kifejezett fehérjék gyakran oldhatatlan formában keletkeznek, to-vábbá a sejtek feltárása is gondot jelent. A rend-szerünk mindkét fent i problémára megoldást nyújt, mivel a fehérjék a sejtből hamar kijutnak, így nem halmozódnak fel és nem csapódnak ki. Jelenleg a rendszer adaptálásán dolgozunk E. coli baktériumra, és olyan baktériumtörzsek kifejlesz-tését szeretnénk elérni, amelyek szinte bármilyen rekombináns fehérje nagymennyiségű szekretált termelését lehetővé teszik.


FlagellIn alaPÚ reCePTorok

Témavezető: dr. vonderviszt Ferenc

73

enzI

mo

lóg

Ia

A proteomikában, orvosi diagnosztikában, gyógy-szeripari hatóanyag termelésben, de akár a környe-zetvédelmi analitikában vagy az élelmiszerbiztonsági vizsgálatok során is gyakori feladat komplex elegyek egyes komponenseinek megbízható kimutatása. A hagyományos bioszenzorok, illetve fehérje chipek általában antitesteket (immunglobulin molekulá-kat) vagy azok alkalmas részegységeit alkalmazzák érzékelő elemként. Ezek előállítása költséges, prepa-rálásuk bonyolult, stabilitásuk sokszor elégtelen, a hordozó felülethez kötve könnyen elveszítik műkö-dőképességüket. Az antitestek kiváltása más fehérje alapú receptorokkal mindenképpen kívánatos.

Kutatásaink során meghatároztuk a flagellin fehér-je atomi szerkezetét, felderítettük, hogy melyek azok a filamentumok felszínén elhelyezkedő régiók, ame-lyek a polimerizációs képesség megzavarása nélkül génsebészetileg módosíthatók. Jellemeztük a flagellin polimerizációs tulajdonságait, megértettük miként építhetünk belőle különféle filamentáris objektumo-kat. Számítógépes molekulatervezés alkalmazásával olyan módosított f lagellineket terveztünk, amelyek képesek Ni-ionok felismerésére és megkötésére. Sike-resen megvalósult egy arzénkötő változat kialakítása is. Ezek a nehézfém kötő változatok alapul szolgálhat-nak felszíni vizek szennyezettségének monitorozására szolgáló bioszenzorok kifejlesztéséhez.

Jelenleg olyan génkönyvtár létrehozásán dolgo-zunk, amely nagyszámú, felületi tulajdonságaiban véletlenszerűen módosított f lagellin variáns génjét tartalmazza. Kísérleteket folytatunk annak érde-

kében, hogy in vitro evolúciós eljárások (riboszóma bemutatás) alkalmazásával ki tudjuk választani az előállított variánsok közül azokat, amelyek egy-egy célmolekula megkötésére a legalkalmasabbak.


Kutatási területünk újdonsága, amelyhez szabadal-mi bejelentés is kapcsolódik, hogy a baktériumok flagelláris filamentumait felépítő flagellin fehérjéből hozzunk létre adott célmolekulák hatékony felisme-résére és megkötésére képes receptorokat. A flagellin receptorok az antitesteknél és más eddig ismert mes-terséges fehérjereceptoroknál lényegesen egyszerűb-ben és olcsóbban, a baktériumsejtek feltárása nélkül előállíthatóak, és emellett még a flagellin polimerizá-ciós képességénél fogva különféle előnyös tulajdon-ságokkal rendelkező filamentáris szerkezetek építé-sére is alkalmazhatóak. Egyfajta flagellin receptorból építkezve olyan kívánt méretű filamentumokat ál-líthatunk elő, amelyek felületén rendkívül nagy kötőhelysűrűség található. Különféleképpen módo-sított flagellinekből másrészt olyan filamentumokat hozhatunk létre, amelyek egyes régióikban különfé-le molekulák felismerésére és megkötésére képesek, vagy akár egyik régiójukon (vagy egyes speciálisan módosított alegységeiken) keresztül kívánt helyre köthetők, míg másik részük a molekula-felismerési feladatokat végzi. Ezek a szupramolekuláris rendsze-rek biológiai szenzorok, diagnosztikai kitek ideális alapeleméül szolgálhatnak.

74

gen

eTIk

a

75

gen

eTIk

a

SZBKgenetikai Intézet6726 Szeged, Temesvári krt. 62.6701 Szeged, Pf. 521.

nItrogénkötésI csoport

ToXIn-anTIToXIn modulok RHIZOBIUMOKBan

Témavezető: dr. dusha ilona Tel.: 62-599-675E-mail: [email protected]

76

gen

eTIk

a

A magasabb mezőgazdasági hozamok elérésének egyik fő limitáló tényezője a növények által felvehető nitrogén mennyisége. A biológiai nitrogénkötésnek meghatározó szerepe van a növények nitrogénnel való ellátásában, hiszen a mikroorganizmusok egy csoportja, mely a levegő molekuláris nitrogénjé-nek megkötésére képes, évente 139-170 millió ton-na redukált nitrogént biztosít a növények számára. A nitrogén műtrágyázás 80 millió tonna nitrogént használ fel évente, azonban egyre költségesebb, és je-lentős környezeti károsodást is okozhat a felszíni és talajvizek elszennyezésével. Ezért gazdasági és kör-nyezetvédelmi szempontból is indokolt a biológiai nitrogénkötésben rejlő potenciál hatékonyabb ki-használása.

A biológiai rendszerek által megkötött nitrogén 80%-a szimbiotikus nitrogénkötésből származik, azaz a pillangós növények és a talajlakó Rhizobium baktériumok együttműködésének eredménye. En-nek során a baktériumok a növény gyökerén új szer-veket, ún. gümőket indukálnak, melyekben megtele-pedve a levegő molekuláris nitrogénjét redukálják, és a növényeknek átadják. A baktériumok nitrogénkö-tési folyamata olcsó és környezetkímélő nitrogénfor-rást biztosít a növényeknek, ezért ismert gyakorlat a mezőgazdaságban a pillangósok vetőmagjának haté-kony nitrogénkötő Rhizobiumokkal való oltása.

Kísérleteinkben a lucerna és a szója növények és baktérium partnereik szimbiotikus kapcsolatát

vizsgáljuk. Molekuláris biológiai módszerekkel a baktériumok olyan változatait állítjuk elő, melyek hatékonyan hoznak létre megnövelt nitrogénkötési kapacitású szimbiózist. Ez a gazdanövény biomassza produkcióját megnöveli.

Ilyen baktérium származékok létrehozásához új megközelítést alkalmazunk, melyre a baktériumok-ban azonosított toxin-antitoxin modulok adnak lehe-tőséget. Ezeknek a moduloknak szerepük van a kör-nyezet változó körülményeihez való adaptálódásban. A fehérje szintézis folyamatának szabályozásával elősegítik a különböző stresszhatásokra bekövetkező metabolikus változások kialakítását. Sinorhizobium meliloti baktériumban egy ilyen modul funkciójának kiiktatásával elértük, hogy az új baktérium szárma-zék hatékonyabb gümőképzésre képes, és megnő a nitrogénkötési kapacitása is.


Célunk újabb toxin-antitoxin modulok azonosítása és funkciójuk megismerése nitrogénkötő talajbakté-riumokban. Molekuláris biológiai, genetikai mód-szerekkel olyan származékokat hozunk létre, melyek a mezőgazdasági gyakorlatban előnyösen felhasznál-hatók mesterséges oltóanyagként. Előállítunk olyan inokulum keverékeket is, melyek a nitrogénkötő tör-zsek mellett a növények fejlődését elősegítő baktéri-umokat is tartalmaznak.

lucerna genetIka csoport

szImBIoTIkus nITrogénkÖTés molekulárIs HáTTere

Témavezetők:dr. endre gabriellaTel.: 62-599-679 E-mail: [email protected]

dr. kiss ernőTel.: 62-599-679


A XX. század második felében a műtrágyák alkalma-zása forradalmasította a mezőgazdasági termelést. Azonban az is világossá vált, hogy sokak számára nem elérhetők, illetve ahol használják, ott a természe-tet károsító módon felhalmozódhatnak veszélyeztetve ezzel az amúgy is egyre fogyó ivóvíz készleteket. Léte-zik ugyanakkor egy biológiai nitrogénkötésnek neve-zett folyamat, melynek során a levegő nitrogénjét ké-pesek bizonyos baktériumok átalakítani úgy, hogy az más élőlények számára is felhasználhatóvá válik. Az élővilág nitrogén körforgásában és a mezőgazdasági termelésben egyaránt kulcsfontosságú szerepet töl-tenek be a pillangósvirágú növények (pl. borsó, bab, lucerna, stb.). Ezen fajoknak a növény-világban ritka képessége, hogy a növények többségére jellemző fosz-formobilizáló mikorrhizás szimbiózis kialakításán kí-vül képesek talajlakó baktériumokkal szimbiózisban a levegő nitrogénjének redukálására és szerves vegyüle-tekbe való beépítésére is. A világ számos laboratóriu-mában lázas kutatómunka folyik ezen szimbiózis mo-lekuláris alapjainak felderítésére azzal a nem titkolt szándékkal, hogy ezt a képességet a későbbiekben ki lehessen terjeszteni más növényekre is.

A nitrogénkötő szimbiózis kialakulása során a nö-vények gyökerén egy új szerv, a gyökérgümő jön lét-re, melyben az endoszimbionta baktériumok végzik a légköri nitrogén redukcióját, ellátva így a növényt

kötött nitrogénnel. A gümő kialakulásának folyama-ta a megfelelő, specifikus Rhizobium baktériumok hatására indul el, és a két élőlény között lejátszódó folyamatos jelcsere eredményeként megy végbe.

Laboratóriumunkban lucernából azonosítottuk a világon az első olyan növényi gént, genetikai tér-képezésen alapuló génizolálással, amely elengedhe-tetlen e szimbiózis kialakulásához. Azóta újabb és újabb gének azonosítása történt meg és folyik nálunk és a világ több országában is.


Ezen pillangósvirágú növényi gének, valamint fehérje termékeik kutatásával célunk, hogy minél pontosabb ismereteket nyerjünk a nitrogénkötő szimbiózis folya-matának molekuláris alapjairól, és annak a „normális gyökérfejlődéssel” való kapcsolatáról is. A megszerzett tudást hasznosítva törekszünk a biológiai nitrogénkö-tés hatékonyabbá tételére, illetve kiterjesztésére.

77

gen

eTIk

a

lucerna genetIka csoport

luCerna genomIka

Témavezető:dr. endre gabriella

78

gen

eTIk

a

Számos pillangósvirágú növény, mint pl. a borsó vagy a szója, már hosszú ideje tárgya volt különbö-ző biológiai vizsgálatoknak, elsősorban mezőgaz-dasági fontosságuk miatt. Emlékezetesen az első klasszikus genetikai megfigyeléseket Mendel szin-tén borsón végezte. Olyan tulajdonságaik azonban, mint a nagy genomméret, nagy mennyiségű ismét-lődő DNS, a magasabb ploiditási szint, vagy a ha-tékony transzformációs rendszer hiánya gátolta a molekuláris genetikai vizsgálatokat ezekben a fajok-ban. Számos előnyös tulajdonsága miatt az utóbbi években a termesztett, tetraploid lucerna (Medicago sativa) közeli rokona, a Medicago truncatula vált a növény-mikroorganizmus kapcsolatok egyik mo-dellnövényévé. Széleskörű nemzetközi összefogás-ban elkészült a M. truncatula genomjának térké-pezése, aktívan folyik a genom kódoló szakaszaira összpontosuló genomszekvenálás és a funkcionális genomikai kutatások is.

A molekuláris genomikai vizsgálatokhoz szük-séges eszköztár már elkészült, illetve folyamatosan bővül a Medicago modellrendszerben. A Medicago fajok genetikai-genomikai vizsgálatához kellő rész-letes genetikai térkép szerkesztésében a szegedi cso-port úttörő szerepet játszott, egyrészt létrehozva a M. sativa első kapcsoltsági térképét, másrészt szere-pet vállalva a nemzetközi együttműködésben végzett Medicago truncatula térképezési munkákban.

A génk i fejeződési v izsgá latok hoz szolgá l-nak alapul a cDNS génkönyvtárak, melyek a M. truncatula különböző fiziológiai állapotaiban lévő szerveiből származnak. Ezen cDNS génkönyvtárak szekvenálásával nyert információ tette lehetővé a DNS-chipek előállítását.

Ezen DNS-chipek segítségével és f luo-reszcens festékkel je-lölt minták alkalmazá-sával egy-egy kísérleti elrendezésben egyszer-re több ezer génnek a k ifejeződését tudjuk követni. Laboratóriumunkban ilyen módszerrel vizsgáljuk a növény-mikroba szimbiotikus kapcso-latok során ki-bekapcsoló növényi géneket, ezzel jellemezve a kölcsönhatás során lezajló változásokat. A módszer másik felhasználási területe a környezeti hatások genomszintű vizsgálata, melynek keretében a szárazság- és sóstressz okozta génkifejeződéseket monitorozzuk. A genomi szekvencia meghatározá-sán, a gének azonosításán és kifejeződési mintázatá-nak vizsgálatán túlmenően az egyes géneknek, illetve terméküknek funkcióját, a növény életében betöltött szerepének tisztázását is célul tűzték ki a napjaink-ban elindult kutatási programok. Ennek eléréséhez a pillangósokban is nagyléptékű, egymást kiegészítő mutagenezis programok indultak, melyben szintén részt veszünk.


A pillangósvirágú növények vizsgálata szempont-jából fontos, hogy viszonylag közeli rokonai az ösz-szes Európában termesztett fontos fajnak, mint pl. a lucernának, a borsónak, a hereféléknek, a lencsének, így a modellnövényeken nyert genomikai információ nagy valószínűséggel átvihető ezen fajokra és előse-gítheti nemesítésüket.

molekulárIs BIodIverzItás csoport

guBaCsdarazsak FIlogeneTIkája és FIlogeográFIája

Témavezető: dr. pénzes zsolt Tel.: 62-599-622E-mail: [email protected]

79

gen

eTIk

a

A gubacsképzés a rovar–növény kölcsönhatás egyik leglátványosabb formája, amely az evolúció során több alkalommal is megjelent. Egyik legváltozato-sabb gubacsképző csoport a parazitoid darazsak-ból származtatható gubacsdarazsak (Hymenoptera, Cynipidae), amelyek legismertebb nemzetségének fa-jai tölgyön képeznek gubacsot (Cynipini). A gubacs-ban a gubacsképző lárvája mellett számos egyéb faj egyedei is fejlődhetnek, egy viszonylag zárt közössé-get alkotva: magába zárhat gubacsképzésre képtelen társbérlő herbivor darazsakat, vagy parazitoidokat.

A molekuláris módszerek alkalmazása lehetővé teszi, hogy betekintést nyerjünk a közösséget alkotó fajok filogenetikai kapcsolataiba, populációik szer-kezetének finom részleteibe. Az evolúciós kapcso-latok feltárása intenzív kutatás tárgyát képezi még a legjobban ismert Nyugat-Palearktikus Cynipini, illetve a társbérlőket magába foglaló Synergini fa-jok tekintetében is. A Kárpát-medence jelentős faj diverzitásának köszönhetően kiemelt jelentőségű terület, ennek egyik magyarázata az, hogy mindkét tölgy szekció képviselve van, amelyhez számos gu-bacsdarázs specifikusan kötődik. Több gubacskép-ző (Dryocosmus - Chilaspis) és társbérlő (Synergus, Synophrus) taxon helyzetét sikerült tisztáznunk a molekuláris filogenetika módszereivel.

Herbivor fajok genetikai változatosságának gyak-ran egyik tényezője a gazdára történő specializáció, amely gazdák szerinti leszármazási sorok formájá-ban kimutatható. Vizsgálataink egyik célja egy kö-zönséges társbérlő faj, a Synergus umbraculus gene-

tikai differenciációjának értelmezése. A különböző sejtmagi és mitokondriális DNS szekvenciák mini-mum négy rejtett, morfológiai alapon pillanatnyi-lag elkülöníthetetlen faj jelenlétére utalnak, emellett semmi jelét sem találtuk a gubacsképző gazda sze-rinti elkülönülésnek. A S. umbraculus generalista faj, 30 feletti gubacsképző gazdával, amelyek a Quercus tölgy szekcióhoz kötődnek. A változatosságot alap-vetően a populációk filogeográfiai léptékű története magyarázhatja meg, emellett azonban a recens gén-áramlás is számottevő.

Synergus umbraculus citokróm b DNS szekvenciák haplotípus hálózata.


A gubacs által magába zárt közösség ökológiai és evolúciós kutatások egyik modellrendszere. Az itt szerzett tapasztalatok, kidolgozott módszerek fel-használhatóak például veszélyeztetett fajok változa-tosságának vagy inváziós eseményeknek az értelme-zése során.

Hu 4GHu 4F

Hu 4D3

Irán NY-Európa

Kárpát-medence

molekulárIs BIodIverzItás csoport

a nImród gének eVolÚCIója

Témavezető: dr. somogyi kálmánTel.: 62-599-622E-mail: [email protected]

80

gen

eTIk

a

A Nimród szuper-géncsalád több tagjáról is bebizo-nyosodott, hogy szerepet játszik apoptotikus sejtek, vagy baktériumok fagocitózisában, ily módon ezek a gének az immunválasz lényeges elemeinek tekint-hetők. Kialakulásuk elemzése lényeges ismereteket nyújthat az immunrendszer változásainak alaposabb megértéséhez. Ezt a kérdést az Andó István által ve-zetett kutatócsoporttal együttműködésben vizsgál-juk. A Nimród gének fehérjetermékeit két sajátos építőelem jelenléte jellemzi: ezek egyike egy rövid szekvencia-motívum (CCXGY motívum), a másik a változó – sokszor nagyon magas – számban meg-található szekvencia-ismétlődés (NIM ismétlődés). Összehasonlító elemzéseink során 7 rovarfaj teljes genetikai állományában található Nimród géneket vizsgáltunk. Körültekintően kiválasztott módszerek felhasználásával sikerült megbízható leszármazási fákat felépíteni, melyek alapján jól leírható az egyes géncsaládok (Nimród A, B, illetve C család) kialaku-lása és ezeken belül az egyes gének evolúciós válto-zásai. Azonosítottuk például a B család legősibbnek tekinthető formáját (B2), és felismertük a C1 gén feltűnő változékonyságát. Ezen adatok alapján a kí-sérleti munkában is felhasználható feltételezéseket tehetünk az egyes gének, géncsoportok működésére vonatkozóan.

A Nimród gének mellett a NIM ismétlődéseket, mint változékony evolúciós egységeket is górcső alá vettük. Azt találtuk, hogy néhány fehérjén be-lül egyes NIM ismétlődések egymáshoz rendkívül hasonlóvá válnak, homogenizálódnak, jeleként egy speciális, úgynevezett „összehangolt” evolúciós fo-lyamatnak. Egy általunk kidolgozott vizuális mód-

szer segítségével több muslicafaj Nimród fehérjéiben megvizsgáltuk, hogy az egyes ismétlődések milyen evolúciós irányvonalakat követnek. Azt találtuk, hogy Nimród C családba tartozó Eater fehérjék NIM ismétlődései az összehangolt evolúció egyértelmű je-leit mutatják. Érdekes módon ennek az evolúciós fo-lyamatnak szerepet tulajdonítanak az immunfolya-matokban szintén fontos szerepet játszó MHC gének változatosságának kialakulásában is. Az Eater-rel kapcsolatos felismerésünk segíthet megérteni az ösz-szehangolt evolúciós folyamatok lehetséges szerepét az immunrendszer változásaiban.

A számos bioinformatikai módszerrel kapott eredményeket közös keretbe foglalva egy hipoté-zist dolgoztunk ki, ami a Nimród szuper-géncsalád evolúcióját az első NIM ismétlődés kialakulásától a Nimród A, B és C géncsaládok és azok tagjainak ki-alakulásáig magyarázza.

A NIM ismétlődés Markov Modell logója


A Nimród gének evolúciójának leírása tanulságos példát nyújt arról, hogyan alakul ki és változik egy, az immunválaszban szerepet játszó szuper-géncsalád.

Drosophila FejlődésgenetIkaI I. csoport

Bal-joBB aszImmeTrIa

Témavezető: dr. ádám géza Tel.: 62-599-667E-mail: [email protected]

81

gen

eTIk

a

A bal-jobb aszimmetria a magasabb rendű állatok körében általánosan előforduló jelenség; a külső kétoldali szimmetriához a belső szervek bal-jobb aszimmetriája társul. A bal-jobb aszimmetrikus test-felépítés annak eredményeképpen jön létre, hogy a bal és a jobb testfélen belül a fejlődési folyamatok szabályozása genetikailag eltérő. A bal-jobb aszim-metria kialakulása szigorú genetikai szabályozás alatt áll, és az ettől való eltérés súlyos anatómiai de-fektusokhoz vezet, amelyek embrionális elhalást, vagy veleszületett rendellenességeket okoznak. A bal-jobb aszimmetria zavarai között tartjuk számon az izomerizmus jelenségét, amikor a belső szervek aszimmetriája elvész, és a heterotaxiát, az egyes szer-vek egymáshoz viszonyított aszimmetrikus össz-hangjának megszűnését. A legújabb kutatások azt a meglepő eredményt hozták, hogy az eddig ismeretlen eredetű veleszületett szervfejlődési rendellenességek egy jelentős része a bal-jobb aszimmetria kialakulá-sának zavaraira vezethető vissza. A bal-jobb testten-gely hibás fejlődésének speciális esete az aszimmetria teljes megfordulása, a situs inversus. A situs inversus állapot az életképességet nem érinti hátrányosan, ami arra utal, hogy az életképesség szempontjából nem egy kitüntetett testoldalnak, hanem magának az aszimmetriának van meghatározó jelentősége.

Gerincesekben a bal-jobb aszimmetria kialaku-lásának folyamatát intenzíven kutatják ugyan, de

az adatok értelmezését megnehezíti, hogy ezekben az állatokban nehéz sok génre kiterjedő, gyors és átfogó genetikai analízist végezni. Ezért indokolt, hogy olyan gerinctelen modell rendszerekben is ta-nulmányozzuk a bal-jobb aszimmetria kialakulását, amelyekben a mutánsok előállítása lényegesen köny-nyebb. A Drosophila, mint az egyik legjobban ki-dolgozott gerinctelen genetikai modell, lehetővé te-szi a bal-jobb aszimmetria megnyilvánulásainak az egész genomra kiterjedő, hatékony tanulmányozá-sát. Vizsgálataink fő célja, hogy feltárjuk a bal-jobb aszimmetria kialakulásának molekuláris genetikai hátterét ebben a modell organizmusban. Eddigi ku-tatásaink egyik eredménye, hogy azonosítottunk egy olyan gént, amelynek mutációi a bal-jobb aszimmet-ria teljes megfordulását okozzák Drosophilában.


Mivel a molekuláris szabályozási útvonalak gene-tikai analízise lényegesen gyorsabb és hatékonyabb Drosophila-ban, mint a gerinces modell állatokban, így eredményeink közül külön érdeklődésre tarthat-nak számot azok, amelyek evolúciósan megőrzött szabályozási folyamatokat tárnak fel. Ezek alapján eredményeink hozzájárulhatnak a bal-jobb aszimmet-riával kapcsolatos emberi szervfejlődési rendellenessé-gek molekuláris mechanizmusának megértéséhez is.


DROSOPHILA kalPaInok

Témavezető: dr. gausz jánosTel.: 62-599-667E-mail.: [email protected]

82

gen

eTIk

a

A kalpainok olyan fehérjehasító enzimek, amelyek funkcionálisan aktív formájukat kalcium ion je-lenlétében veszik fel. További említésre méltó sajá-tosságuk, hogy a kalcium ion hatására aktiválódó kalpainok a fehérjéket irányítottan hasítják. Ezen tulajdonságaik miatt a kalpainoknak fontos szerep jut az olyan, kalcium ionok által szabályozott sejtes folyamatokban, mint a jelátvitel, a sejtosztódás, a differenciálódás, az apoptózis, a membránfúzió és a sejtadhézió. A kalpainok sokrétű funkciójukból adódóan számos kórós folyamatban is érintettek. A kalpainok igazolt szerepét lehetett kimutatni a kö-vetkező betegségekben: Alzheimer kór, Huntington és Parkinson betegségek, szk lerózis multiplex, ischémiás és traumás agysérülések, daganatos elvál-tozások, szürke hályog, izomdisztrófia, agyvérzés és cukorbetegség.

Az intenzív biokémiai és genetikai kutatások el-lenére a kalpainok pontos molekuláris szerepe a fen-ti betegségekben még nem tisztázott. A kalpainok funkciójának megismerését nehezíti az a körülmény is, hogy emlősökben egy 15 tagból álló fehérjecsalá-dot alkotnak. Ezért fontos olyan állat modellek vizs-gálata, amelyekben a kalpain gének száma kevesebb, s így a köztük lévő kölcsönhatások is egyszerűbbek. Ennek a célnak a Drosophila különösen megfelel, mi-vel a genomjában található négy kalpain gén közül csak kettő kódol hagyományos kalpain enzimeket.

Laboratóriumunkban a Drosophila rendszer adta tudományos eszközök kel próbáljuk e két kalpain gén in vivo funkcióját felderíteni. Megvizs-

gáltuk a kalpainok különböző fejlődési stádiumok-ban történő kifejeződését, valamint sejten belüli elhelyezkedésüket.

a Drosophila kalpain a a sejtmembrán mentén helyezkedik el.

Különböző genetikai stratégiákat használva mu-tánsokat állítottunk elő a kalpain génekre. A mután-sok analízise alapján úgy tűnik, hogy a kalpainoknak meghatározó szerepük lehet a sejtek közötti kapcso-latok dinamikájának szabályozásában.


Mivel a sejtek közötti kölcsönhatások kórós megvál-tozása gyakran okozhatja rákos daganatok kialaku-lását, ezért feltételezhető, hogy ebben a kalpainok is szerepet játszanak. Amennyiben a Drosophila mo-dellrendszeren kapott eredményeink az emlősökre is alkalmazhatók, úgy elvi lehetőség nyílik rákellenes gyógyszerek kifejlesztésére.

Drosophila FejlődésgenetIkaI II. csoport

IVarsejTFejlŐdés geneTIkája

Témavezető: dr. erdélyi MiklósTel.: 62-599-686E-mail: [email protected]

83

gen

eTIk

a

A soksejtű élőlények két fő sejttípusból, testi sej-tekből és ivarsejtekből állnak. Míg a testi sejtek az egyedek létfenntartásáért, az ivarsejtek a faj fenn-maradásáért felelős sejttípusok. Ennek megfelelően a testi sejtek csupán korlátozott számú osztódásra képesek, az ivarsejtek pedig generációkon átívelő halhatatlan sejtvonalat alkotnak. A fejlődésbiológia egyik alapkérdése az, hogyan válik el az ivarsejtek és a testi sejtek fejlődési útja. A különböző fajok ivarsejtjei meglepő alaktani és működési hasonlósá-got mutatnak és az egyedfejlődés során megfigyelt viselkedésük tekintetében is mindössze néhány jól meghatározható csoportba sorolhatók. Az ivar-sejtkutatásban tehát egynéhány modellszervezet vizsgálata átfogó képet adhat. Az egyik legalkalma-sabb modellorganizmus a Drosophila melanogaster, annak a fajcsoportnak mintapéldánya, ahol az ivarsejtek és a testi sejtek az embriogenezis legko-rábbi eseményeként különülnek el egymástól. Rá-adásul a Drosophila ivarsejtek keletkezési helyét a megtermékenyített petének egy jól meghatározott citoplazmarészlete az ivarplazma határozza meg. Citoplazma-átültetéses kísérletek bizonyítják, hogy az ivarplazma az ivarsejt-kialakuláshoz szükséges faktorok összességét tartalmazza. Az ivarsejtfak-torok ilyen térbeli koncentrálódása a Drosophilát kiválóan vizsgálható kísérleti rendszerré teszi. La-boratóriumunkban, az ivarplazma kialakulását be-folyásoló valamint ivarplazma összetevőket kódoló géneket keresünk. Klasszikus mutánsizolálási, majd

genetikai interakción alapuló kísérletekben számos gént azonosítottunk, melyek az ivarplazma kom-ponensek lokalizációjáért felelősek. Jelenleg RNS csendesítéses és microarray kísérletekkel ivarplaz-mában lokalizált RNS molekulákat azonosítunk. Genetikai vizsgáló-módszereket dolgozunk ki, an-nak érdekében, hogy az ivarplazmában talált RNS molekulák szerepét tisztázzuk az ivarsejtkialkulás folyamatában.

egy Drosophila embrió poszterior részlete az ivarplazma által meg-szabott területen kialakult ivarsej-tekkel.

továbbfejlesztés, hasznosítás, felhasználásÚjabb adatok szerint az ivarsejtvonal sejtjei és a nagy gyógyászati reményekkel kecsegtető (szomatikus) őssej-tek működési hasonlóságot mutatnak. Így távlatosan az ivarsejtek jellemzőinek vizsgálata az őssejtkutatás hasz-nára is válhat. Kutatásaink egyfajta továbbfejlesztése lehet a Drosophila ivarsejtfaktorok emlős ortológjainak megkeresése, valamint az ivarsejtfaktorok őssejtekben betöltött szerepének vizsgálata.

Drosophila FejlődésgenetIkaI III. csoport

az akTIn sejTVáz szerePe az IdegsejT nyÚlVányok nÖVekedéséBen

Témavezető: dr. Mihály józsef Tel.: 62-599-687E-mail: [email protected]

84

gen

eTIk

a

Jól ismert tény, hogy az aktin sejtváz alapvető sze-repet játszik az idegsejt nyúlványok növekedésében, ugyanakkor az is bizonyos, hogy ez a folyamat új aktin filamentumok képződését is igényli. Mind-ezidáig három olyan faktort azonosítottak – az Arp2/3 komplexet, a forminokat és a Spire családba tartozó fehérjéket – amelyek képesek egy új aktin filamentum szintézisét elindítani. Az Arp2/3 komp-lex elágazó filamentumokból álló aktin hálózatok képződését, míg a forminok és a Spire fehérje család tagjai a nem elágazó filamentumok képződését segí-tik elő. A korábbi vizsgálatok alapján tudjuk, hogy az idegsejt nyúlványok kialakulásában, ill. növekedésé-ben kitüntetett szerepe van a nyúlvány csúcsi részé-nek, az ún. növekedési kúpnak. Az is ismert, hogy a növekedési kúp területén elsősorban nem elágazó aktin filamentumokat találunk, de arról mindezidá-ig szinte semmit nem tudtunk, hogy milyen módon jönnek létre ezek a filamentumok.

Az elmúlt évek során jónéhány bizonyítékot gyűj-töttünk arra vonatkozóan, hogy egy a DAAM al-családba tartozó Drosophila formin kulcsszerepet játszik az embrionális axon növekedés szabályozá-sában. A dDAAM gén mutációja súlyos axon hiá-nyokat okoz, míg a folyamatosan aktív forma túlter-meltetése nyúlványszám növekedéshez vezet in vivo és in vitro növesztett embrionális idegkötegekben is. Ezzel összhangban, az aktivált forma túlterme-lése szövetkulturában növesztett sejtekben, hosszú, axon-szerű nyúlványok megjelenését eredményezi

az egyébként lekerekedett sejteken. Azt is bizonyítot-tuk, hogy a dDAAM fehérje egyenletes eloszlást mu-tat az axonokban, és a növekedési kúp területén is. Figyelemre méltó módon az egér mDaam1 fehérjével

részlegesen helyettesíteni lehet a Drosophila DAAM fehérjét a központi idegrendszerben, ami azt jelzi, hogy az általunk azonosított DAAM funkció evolú-ciósan erősen konzervált.


A továbbiakban molekuláris szinten próbáljuk meg-érteni, hogy mi módon szabályozzák a DAAM alcsa-ládba tartozó forminok az aktin sejtváz dinamikáját az axon növekedés során.

Tekintve, hogy bizonyos fejlődési rendellenessé-gek, baleseti sérülések és a neurodegeneratív beteg-ségek is a neuron nyúlványok sérülésével járnak, a DAAM fehérjék vizsgálata hosszú távon hasznos in-formációkat szolgáltathat bizonyos betegségek gyó-gyításában és a molekula potenciális gyógyszer cél-fehérjévé is válhat.

Drosophila FejlődésgenetIkaI III. csoport

szÖVeTI PolarITás

Témavezető: dr. Mihály józsef

85

gen

eTIk

a

A polaritás az élőlények és az őket felépítő sejtek egyik alapvető tulajdonsága. Csoportunk a termé-szetben megtalálható polaritási minták közül azok-nak a vizsgálatával foglalkozik, amelyek a szövetek síkjában jönnek létre, és ezért szöveti polaritásnak nevezzük őket. A síkbeli polarizálódás kialaku-lására egyaránt találunk példát alacsonyabb- és magasabbrendű állatokban, külső és belső szervek esetében is. Közismert pédául, hogy a madarak tol-lai vagy a halak pikkelyei mindig rendezett módon állnak, csakúgy, mint a belsőfül érzékhámján elhe-lyezkedő sztereocíliumok, amelyek fontos szerep-pel bírnak a hangérzékelésben. A női petevezetéket, vagy a légzőszervünket bélelő laphámsejtek csillói

is rendezetten mozognak, elősegítve ezáltal, hogy a petesejtek mindig az anyaméh, míg a tüdőbe kerü-lő idegen anyagok a garat irányába továbbítódjanak. Modell organizmusunk, az ecetmuslica (Drosophila melanogaster) esetében is sok szövetre jellemző a sík-ban megfigyelhető polarizálódás. Így például az epi-dermiszen található érzékszőrök mind a poszterior irányba mutatnak, a szárnylemezeket borító szőrök a disztális irányba néznek, míg az összetett szemben egy tükörszimmetrikus minta alakul ki.

Az elmúlt évtizedekben számos olyan gént azo-nosítottak, amelyek Drosophila-ban vagy gerincesek-ben szabályozzák a szöveti polarizálódást. Ezeknek az ún. polaritási géneknek a vizsgálata bebizonyítot-ta, hogy a szöveti polaritási minták kialakulását egy funkcionálisan is igen nagymértékben konzerváló-dott géncsoport szabályozza. Az elsődleges polaritási gének csoportjába tartozó gének termékei nem csak muslicában, de gerinces állatok esetében is kitünte-tett szerepet játszanak a szöveti polarizálódásban. Molekuláris szintű vizsgálatok alapján a polarizáló-dás egyik kulcslépése, amikor az elsődleges polari-tási fehérjék aszimmetrikus komlexeket alkotnak, és ily módon egy lokalizált jelátviteli központot hoznak létre, amely végrehajtó molekulákon keresztül szabá-lyozza a sejtek viselkedését. Tekintve azonban, hogy sem az aszimmetrikus komplexek kialakulásának, sem az azt követő sejtválaszoknak nem ismeretesek a részletei, csoportunk elhatározta, hogy új polaritási géneket azonosít nagyléptékű mutáns izolálási kísér-letek folyamán. A kísérletet elvégezve kb. két tucat új polaritási mutánst azonosítottunk, és elkezdtük azok részletes molekuláris és sejtbiológiai vizsgála-tát annak érdekében, hogy pontosabban megértsük, hogyan járulnak hozzá a szöveti polaritási minták kialakításához.


Az új polaritási mutánsok jellemzése hozzá fog já-rulni a szöveti polaritás mélyebb megértéséhez. Ezen az alapkutatási hasznon kívül fontos látnunk, hogy a folyamat jobb megértése gyakorlati vonatkozásokkal is járhat, mert a női meddőség vagy a halláskárosult-ság (pl. Usher-kór) bizonyos típusai szöveti polaritási problémákra vezethetőek vissza.

Drosophila FejlődésgenetIkaI Iv. csoport

kromoszóma-szerkezeT és génszaBályozás

Témavezető: dr. sipos lászló Tel.: 62-599-687E-mail: [email protected]

86

gen

eTIk

a

Mindenki számára ismert, hogy testünket rengeteg sejt építi fel, melyek mind egyetlen sejt, a megter-mékenyített petesejt utódai. A petesejtben található genetikai információ, a kromoszómákra tagolt DNS, szüleinktől származik. A különböző szövetekbe és szervekbe társuló sejtek csoportjai kicsi, egymástól eltérő részeit használják csupán ennek a hatalmas információ-halmaznak, ami bonyolult szabályozó-rendszerek működésének eredménye. A szabályo-zás egyik szintje a kromoszómák szerkezetét érinti: az adott sejtben hasznosítandó információt lazább szerkezetű, míg a nem hasznosítandó információt tömörebb szerkezetű kromoszóma-szakaszok tartal-mazzák. Ezt a folyamatot két, egymással ellentétes hatású géncsoport szabályozza. Ha a kromoszómák szerkezetét, s ezáltal az adott sejtre jellemző infor-mációk érvényesülését szabályozó rendszer működé-se zavart szenved, akár úgy, hogy olyan információt is hasznosít az adott sejt, amelyet nem kellene, vagy épp ellenkezőleg, nem érvényesül az adott informá-ció, súlyos fejlődési rendellenességek, illetve rákos megbetegedések alakulhatnak ki.

Csoportunk a fent említett folyamatot, a génmű-ködés kromoszóma-szerkezeti szabályozását vizsgál-ja. Kíséleti modellrendszerként a genetikai vizsgála-tokban már nagy sikerrel alkalmazott ecetmuslicát használjuk. Megdöbbentő, de a muslica és az emlősök nagyfokú hasonlóságot mutatnak nemcsak az egyes gének szintjén, hanem a kromaszóma-szerkezetet sza-bályozó rendszer működésében is. Ez a hasonlóság olyan nagyfokú, hogy például egérből származó „tö-mörítő” gén képes feladatát muslicában is részlegesen ellátni. Mi olyan kromoszóma-szerkezeti elemeket

tanulmányozunk, amelyek „odavonzzák” magukhoz a kromoszóma tömörítésében, illetve fellazításában szerepet játszó gének fehérje-termékeit, illetve képe-sek meggátolni, hogy az egymással szomszédos laza, illetve tömör szerkezet „keveredjen” egymással, hely-telenül aktiválva, illetve inaktiválva az adott kromo-szóma-szakaszon található géneket. Ilyen szerkezeti elemek elrontása a muslicában jól látható változásokat okoznak, például két szárnyuk helyett négy lesz, vagy épp ellenkezőleg, szárnyatlanok lesznek. Mindezen külső, látható változásokat a kromoszómák szerkezeti megváltozása okozza, melyet zöld fényű fluoreszencia segítségével is nyomon követhetünk.

a. Szárnyatlan felnőtt muslica B. Világító agyú muslicalárva


Kísérleteink elsősorban az alapkutatás témakörébe tartoznak, de az említett hasonlóság miatt az álta-lunk szerzett információk más élőlényekre, így az emberre is átvihetőek, rákos illetve fejlődésbiológiai problémák esetében.

a B

Drosophila FejlődésgenetIkaI v. csoport

ePIgeneTIkaI szaBályozás

Témavezető: dr. gyurkovics Henrik Tel.: 62-599-680E-mail: [email protected]

87

gen

eTIk

a

A többsejtű élőlények mindegyike egyetlen megter-mékenyített petesejtből keletkezik. A petesejt osztó-dása során különböző szerepet betöltő specializált sejtek jönnek létre, amelyeknek eltérő sejtsorsához eltérő génaktivitási mintázat is tartozik. Minden sejt tartalmazza az élőlényt alkotó összes szövet-, és sejt-típus létrehozásához szükséges genetikai informáci-ót. A különböző alakú és feladatú sejtek azonban a sejtmagjukban tárolt genetikai információnak csak egy meghatározott, kis részét használják fel. Más-képpen fogalmazva a génjeiknek csak egy része mű-ködik, íródik át és képződik a neki megfelelő fehérje molekula, míg a gének többsége inaktív.

Az aktív gének hozzáférhetőek az átírás számára, mert a nekik megfelelő DNS molekula eléggé ki van tekeredve ahhoz, hogy az információ lemásolásához szükséges óriási fehérje-komplexek képesek legye-nek a DNS-hez kapcsolódni, és a génen végighaladni. Egy többsejtű élőlény teljes genomja kitekeredve ösz-szességében méteres hosszúságú és nagyon vékony DNS szál lenne. Csakhogy az inaktív génszakaszok kicsi orsóként működő fehérje komplexekre vannak sokszorosan és igen tömören feltekerve. Mondhatni, hogy minél inaktívabb egy gén, annál jobban becso-magolódik a kódoló DNS-e. Attól kezdve, hogy egy sejt jövőbeni sorsa eldől, az adott sejtsorshoz tartozó génaktivitási mintázat a sejt utódaiban is megőrző-dik, ezt az epigenetikus reguláció biztosítja. Jelenlegi ismereteink jelentős része az epigenetikus reguláció-hoz szükséges faktorokról és azok működésről a Dro-

sophila melanogaster testszerveződését meghatározó homeotikus gének kifejeződésének meghatározásáért felelős gének tanulmányozásából származik. Itt is-mertük meg először az aktív állapot fenntartásáért fe-lelős, a trithorax-géncsoportba tartozó faktorokat, és az inaktív állapot fenntartását biztosító, a Polycomb géncsoportba tartozó represszorokat. Az ecetmusli-cában megismert fehérjék megfelelőit minden vizsgált többsejtű élőlényben sikerült kimutatni, és több eset-ben a gének működésbeli azonossága is bebizonyo-sodott. Laborunkban eddig ismeretlen epigenetikus szabályozó fehérjék génjeit azonosítjuk transzgenikus riportergén konstrukciók felhasználásával, illetve az azonosított fehérjék funkcióját határozzuk meg.

normál kétszárnyú és homeotikus mutáns, négyszárnyú muslica


Az embrionális őssejtek korlátlan differenciálódásra való képességének fenntartásában, illetve a rosszindu-latú daganatképződés megakadályozásában is kulcssze-repet töltenek be az általunk vizsgált gének. A jövő or-vostudománya bizonyosan építeni fog az epigenetikus szabályozó génekre vonatkozó ismeretekre.


ProgramozoTT sejTHalál (aPoPTózIs) geneTIkaI IrányÍTása

Témavezető: dr. kiss istvánTel.: 62-599-600E-mail: [email protected]

88

gen

eTIk

a

Testünk sok milliárd, mikroszkópos méretű egyedi sejtből áll, amelyek szövetekbe tömörülnek és szerveket alkotnak, és ezek összehangolt tevékenysége biztosítja az egész szervezet egészséges működését és alkalmaz-kodását a változó körülményekhez. Mindennek alapja végső soron az egyes sejtek megfelelő, egymással pon-tosan összehangolt és szabályozott működése. Ez biz-tosítja pl. a sejtosztódás megfelelő lefolyását, a szöveti különbségek kialakulását (differenciálódás) és fenntar-tását, amely létfontosságú az egyedfejlődésben és a nö-vekedésben, a sebgyógyulásban, az elöregedett sejtek pótlásában, stb. Ezek a folyamatok molekuláris szinten a sejtmagban, a DNS-ben tárolt genetikai információ-nak/programnak a fehérjeszintézisen keresztül történő megnyilvánulásán és a fehérjék, mint „molekuláris gé-pek” működésén alapulnak.

Ha a sejt valamilyen okból megsérül, igyekszik a hibát kijavítani. Ilyen sérüléseket okozhatnak kémi-ai és fizikai hatások (pl. radioaktív sugárzás) a DNS génekben (mutációk), vagy egyéb stresszhatások (pl. oxigénhiány) a citoplazmában. Ha a hibát nem sike-rül kijavítani, bekapcsolódik a „sejthalál” program (apoptózis), amelynek eredményeképpen a sérült sejt megöli önmagát. Az apoptótikus program minden soksejtű szervezetben, így a muslicában (Drosophila melanogaster) is megvan, és általános mechanizmu-sa minden szervezetben hasonló. Központi szerepet játszik benne a p53 gén, amely a jelátviteli utak révén egyrészt kapcsolatban van a hibát (pl. DNS-sérü-lést, sejtosztódási hibát, stb.) érzékelő rendszerekkel, másrészt szabályozza számos olyan gén működését, amelyek termékei szerepelnek a programozott sejt-

halálban (pl. a specifikus peptidázok vagy kaszpázok, nukleázok, stb.). Kiemelendő, hogy a programot a szabályozatlan sejtosztódás is kiváltja, és így az apoptózis a rákos sejtszaporodás nagy gátja.

A Drosophila modellrendszer genetikai előnyeit kihasználva 16 olyan gént izoláltunk, amelyek a p53 génnel kölcsönhatásban gátolják, szuppresszálják az apoptózist. A muslica genom-szekvencia adatbá-zisból kiderült, hogy közöttük két teljesen ismeret-len gén is van, többségük pedig kevéssé ismert. A 16 gén egyike sem tartozik az apoptózis programban szereplő ismert gének közé, tanulmányozásuk révén tehát a p53 működésének és általában az apoptózis programnak új részleteit ismerhetjük meg.


A rákterápiában használt Röntgen-besugárzás és a citosztatikumok hatása az apoptózis kiváltásán alap-szik. Mivel ezek az egészséges sejteket is károsítják, nagy szükség van az apoptózis szelektivitásának nö-velésére, netán „irányítására”. Ehhez azonban sokkal teljesebben kell ismerni az apoptózist irányító géne-ket és befolyásolásuk lehetőségeit.

1. Normális szem 2. Apoptózis hatása („rücskös szem” fenotípus) 3. A szuppresszor mutáció gátolja az apoptózist

FeHérje-TranszPorT a CIToPlazma és a sejTmag kÖzÖTT: az ImPorTIn-alFa2 szerePe


Témavezető: dr. kiss istván

89

gen

eTIk

a

A genetikai információ a sejtmagi DNS-ben, a gének-ben van kódolva, a gének által irányított fehérjeszinté-zis viszont a citoplazmában folyik. Ugyanakkor sokféle fehérje-faktor működik a sejtmagban is. Mindez nagy volumenű, irányított anyagszállítást tesz szükségessé a sejtmag és a citoplazma között, a kettős sejtmagi memb-ránon átvezető un. nukleáris pórusokon keresztül: egy-részt a transzkripció termékei (mRNS, transzfer RNS, riboszómák) áramlanak a citoplazma felé, másrészt fehérjék szállítódnak a sejtmagba. Az anyagtranszpor-tot speciális receptor- és adapter-fehérjék, Importinok és Exportinok bonyolítják. Az utóbbi években kiderült, hogy ezek a faktorok a sejtmagi transzport mellett egyéb, citoplazmatikus funkciókat is ellátnak. Ezeket tanulmá-nyozzuk Drosophila modellrendszerben.

A muslica sejtmagba irányuló fehérjetransz-portban egy receptor- (Importin-béta) és három adapterfehérje (Importin-alfa1, -2 és -3) szere-pel. Munkánk célja az Importin-alfa2 (Imp-A2) citoplazmatikus szerepének tisztázása.

Az imp-A2 gén funkciójának elvesztése a nőstények sterilitását eredményezi. Ennek megértéséhez néhány szót kell szólnunk a muslica pete fejlődéséről.

A petesejt fejlődése a muslica nőstény petefészké-ben, az őscsírasejtekből indul. Egy őscsírasejt (divatos szóval: stem-sejt) négyszer osztódik, és 16 sejtet képez úgy, hogy a sejtek nem válnak szét teljesen egymástól, hanem kereknyílású citoplazma-hídak, un. gyűrűcsa-tornák kötik őket össze. A gyűrűcsatornákon keresztül 15 sejt („dajkasejtek”) táplálja a tizenhatodikat, ebből lesz a petesejt, amelynek citoplazmájába sokféle tarta-lék-tápanyag mellett a fejlődés megindulását irányító egyéb faktorok rakódnak le, végül pedig egy védő héj választódik ki köréje. Így alakul ki a tojás, amit a nős-tény a megtermékenyítés után lerak.

Az Imp-A2 fehérjét nem termelő mutáns egyedek fejlődése normális, mert a fehérjék sejtmagba irányuló szállítását az Imp-A1 és Imp-A3 faktorok elvégzik. Az

így kifejlődött mutáns nőstényekben azonban a petesejt fejlődése megakad, nem raknak tojást.

A mikroszkópos vizsgálat kimutatta, hogy ennek oka a növekvő petesejtet és a tápláló dajkasejteket össze-kötő gyűrűcsatornák eldugulása, szerkezetük fellazulá-sa. További vizsgálataink megmutatták, hogy a gyűrű-csatornából hiányzik a Kelch fehérje, amely a normális gyűrűcsatornának egy szerkezeti eleme. A Kelch fehér-je bár jelen van a citoplazmában, nem rakódik le a gyű-rűcsatornát nyitva tartó, aktinból és egyéb fehérjékből álló gyűrűbe. Kísérleteink szerint az Imp-A2 és a Kelch fehérjék közvetlenül nem kapcsolódnak egymáshoz, ezért valószínű, hogy kapcsolódásuk más fehérjék se-gítségével történik, és az így kialakuló komplex szállítja a Kelch-et a gyűrűcsatornákhoz.

Az Imp-A2 fehérje a sejtosztódás során a kromoszó-mákat mozgató ún. osztódási orsóhoz is kapcsolódik, amely a fehérjének egy további citoplazmatikus funkció-jára utal. Megfigyeltük, hogy olyan mutánsokban, ahol az Imp-A2 nem kapcsolódik az osztódási orsóhoz, az embri-onális fejlődés a kezdeti néhány sejtosztódás után leáll.

Bár ezeknek a vizsgálatoknak nincs közvetlenül be-látható gyakorlati jelentőségük, hozzájárulnak egy fon-tos sejtélettani funkció mechanizmusának feltárásához. Az Imp-A2-nek megfelelő fehérje az emberi sejtekben is megtalálható, ezért a fenti eredmények általános tu-dományos jelentőségükön túlmenően fontos támpontot adhatnak a célzott gyógyszerkutatás számára.

a: normális gyűrűcsatorna B: importin-alfa2 mutáns elzáródott gyűrűcsatornája

dns repaIr csoport

dns jaVÍTás éleszTŐBen

Témavezető: dr. unk ildikóTel.: 62-599-666E-mail: [email protected]

90

gen

eTIk

a

A mai modern társadalom egyik legfélelmetesebb be-tegsége a rák. A test egyes részein megjelenő és bur-jánzásnak induló sejthalmaz, daganat sok esetben az egész szervezet halálát okozza. A rák elleni küzdelmet rendkívüli módon megnehezíti a rák számtalan meg-jelenési formája és a rákos folyamatot elindító okok sokfélesége. Sikeres gyógymód abban az esetben dol-gozható ki, ha a molekulák szintjén meg tudjuk hatá-rozni a rákot kiváltó okot. Erre példa a Gleevec nevű gyógyszer, mely a leukémia egy bizonyos fajtáját nagy hatékonysággal gyógyítja. A Gleevec hatástalanítja azt a fehérjét, melynek túlműködése idézi elő a rákos sej-tek folyamatos szaporodását.

Ma már elfogadott az a nézet, miszerint a rák a DNS betegsége. A rákos folyamatok nagy részének hátterében a sejtjeink örökítő anyagában, a DNS mo-lekulában létrejött változások, mutációk állnak. Mivel a DNS hordozza a sejtjeink felépítéséhez és működé-séhez szükséges információt, a DNS-ben létrejövő módosulások, mutációk a sejt működését jelentősen megváltoztathatják. Az úgynevezett DNS javító fehér-jék felelősek azért, hogy a DNS-ben tárolt információ változatlan formában maradjon. Kutatási eredmények igazolják, hogy a DNS javításban résztvevő fehérjék működési zavara rákos folyamatokat indít el.

Csoportunk feladata, hogy a DNS javításában résztvevő fehérjéket, folyamatokat azonosítsuk. Ku-tatásainkhoz egy egysejtű élőlényt, az élesztőgombát alkalmazzuk. Az élesztőgomba eddig ismert DNS javító mechanizmusai nagy hasonlóságot mutatnak

az emberi sejtekben működő folyamatokkal, ezért az élesztőből nyert információk jelentős mértékben elő-remozdítják az emberi sejtek megismerését. Előnye az emberi sejtekkel szemben, hogy az élesztő DNS-ét, génjeit célzottan meg lehet változtatni, akár egyes részeket ki lehet vágni viszonylag gyors, könnyen elérhető technikákkal. Emellett az élesztő egyszerű-en és olcsón szaporítható, fenntartása nem igényel akkora munka és anyagi ráfordítást, mint a humán sejtek fenntartása.

élesztő sejtek


Az élesztőben azonosított, a DNS-javításban részt-vevő új fehérjék és folyamatok megfelelőit már célzottan lehet azonosítani humán sejtekben, és igazolni esetleges szerepüket a rákos folyamatok kialakításában. Ezek az eredmények hozzájárulnak majd a rákos betegségek okainak felderítéséhez, és egy adott ráktípusra specifikus gyógyszerek kifej-lesztéséhez.

mutagenezIs és karcInogenezIs csoport

rákos BeTegségek molekulárIs HáTTere

Témavezető: dr. Haracska lajos Tel.: 62-599-666E-mail: [email protected]

91

gen

eTIk

a

A világ egyik vezető halálozási oka a rákos megbe-tegedés. Élete során minden ember szervezetében el-indul valamiféle rákos folyamat, bár ez sokszor nem fejlődik betegséggé. Meglepő lehet, hogy a napsugár-zás okozta bőrrák is az emberek legalább húsz szá-zalékát sújtja. Világszerte több ezer kutatócsoport kutatja a rákos betegségek okait, kialakulását, és gyógymódját. A feladatot megnehezíti, hogy a „rák” elnevezés valójában egymástól nagymértékben kü-lönböző betegségeket takar.

A rákos megbetegedéseknek csak kis hányada örökletes és többsége az életkor előrehaladásával fo-kozatosan alakul ki. Számos bizonyíték támasztja alá azt, hogy a rákért a sejtek örökítőanyagában, a DNS-ben felhalmozódó hibák a felelősek. A DNS folyama-tos károsító hatásoknak van kitéve, amelyet többek között a napsugárzás, dohányfüst és más környezeti szennyező anyagok okozhatnak. Ezeknek egy részét a sejtjeinkben található DNS hibajavító enzimek ké-pesek kijavítani, de a fennmaradó, kijavítatlan DNS-hibák a rákos folyamat mozgatórugóivá válhatnak.

Kutatócsoportunk a rákos folyamatok közös sajá-tosságait és gyökereit kutatja. Arra keressük a választ, hogy milyen molekuláris mechanizmusok működnek miközben az egészséges sejt rákos sejtté alakul. Labo-ratóriumunkban sikerült olyan géneket azonosítanunk és jellemeznünk, amelyek szerepet játszanak a DNS hibáinak javításában és a DNS-ben kódolt informá-ció megőrzésében. Ezek között találhatók úgynevezett

„tumor szuppresszor” funkcióval rendelkező gének is, amely megfelelő működése egyfajta védelmet nyújt a rákos folyamatok kialakulása ellen. Betekintést nyer-tünk számos mutagén anyag, pl. oxidáló-reagensek és ultraibolya-sugárzás DNS károsító, és ebből levezethe-tő karcinogén hatásának molekuláris részleteibe is.


Kutatócsoportunk a rákos folyamatok kialakulásá-ban és fenntartásában szerepet játszó gének további analízisét tervezi, amely végső soron új, molekuláris célpontokra irányított rákgyógyszerek, diagnosz-tikai és terápiás eljárások kifejlesztéséhez vezethet. Továbbá olyan technikákat fejlesztünk, amelyek al-kalmasak környezeti szennyező anyagok, élelmiszer-adalékok, gyógyszerek, kozmetikumok, háztartási kemikáliák, különböző sugárzások mutagén és rák-keltő hatásainak kimutatására.

mutagenezIs és karcInogenezIs csoport

egyénre szaBoTT rákdIagnoszTIka és TeráPIa

Témavezető: dr. Haracska lajos

92

gen

eTIk

a

Mikor fedezik fel a rák gyógyszerét? A gyakran elhang-zó kérdésből érződik, hogy ennek talán már eljött az ideje; mégis lehetetlen egy mondatban válaszolni.

Ma már tudjuk, hogy a rák a gének betegsége. A gének a sejtjeinkben található DNS nevű óriásmo-lekulában öltenek testet, amelynek megváltozása új tulajdonságok megjelenésével járhat együtt, mint például egy sejt korlátlan osztódása. A DNS-t káro-sító anyagok felgyorsítják ezt a sejtszintű evolúciós folyamatot. A folyamat végeredménye a daganat-képzésre alkalmas rákos sejt lehet, amely elrontott, úgynevezett mutáns gének legkülönbözőbb variáci-óit hordozhatja. Ismert, hogy egyetlen elrontott gén még nem okoz rákot. Egy egészséges sejt rákos sejtté alakulásához legalább öt-hat gén együttes mutáció-jára van szükség, de egy átlagos rákos sejt ennél is több mutációt hordoz. Valójában minden egyes da-ganatban különböző mutáns gének egyedi variáció-it találhatjuk meg. A molekuláris rákdiagnosztika célja éppen ezeknek a genetikai változásoknak az azonosítása. Ennek ismerete előrevetítheti a betegség lefolyását, és lehetőséget teremt az egy-egy moleku-lát megcélzó, új típusú rákgyógyszerek személyre szabott alkalmazására is.

Azonosítható-e, hogy több tízezer génünk közül melyek működnek hibásan egy adott sejtben, és ezek közül melyek felelősek a rákos folyamatért? A válasz igen, bár ma még ez rendkívül költséges. Napjaink-ban forradalmi fejlődés zajlik mind a rák kifejlő-désében szerepet játszó gének azonosítása, mind az ezeket megcélzó új rákgyógyszerek fejlesztésében.

Az egyik áttörést az emberi sejt DNS-ében kódolt információ sikeres elolvasása jelentette 2003-ban, amely több milliárd dollárt emésztett fel. Ma ugyan-ez kevesebb, mint százezer dollárba kerül és várha-tóan egy-két éven belül ezer dollár alá szorul az em-

beri sejt teljes DNS-ének szekvenálási költsége. Ez lehetővé teszi, hogy mindenki birtokába kerüljön a saját DNS-ében kódolt információnak. Elérhetővé válik minden egyes rákos daganat DNS-ének mo-lekuláris elemzése is, amely nemcsak diagnosztikai jelentőségű lesz, hanem újabb és újabb molekuláris rákgyógyszerek fejlesztését generálhatja. Mindez néhány éven belül forradalmasítani fogja az orvos-tudomány jelenleg alkalmazott módszereit, és ezzel belépünk a betegségek egyénre szabott diagnosztiká-jának és terápiájának a korszakába.

Kutatócsoportunk célja, hogy hozzájáruljunk, és lépést tartsunk ezzel a fejlődéssel. Jelenleg a rák kialakulásában szerepet játszó gének „fehérje-microarray”, kapilláris DNS szekvenálás, kvantita-tív PCR, és DHPLC módszer-alapú diagnosztikáját fejlesztjük.


Tervezzük a rákos folyamatokért felelős gének mole-kuláris diagnosztikai eljárásának kidolgozását, és az új ismeretek felhasználását molekuláris célpontokra irányított rákgyógyszerek fejlesztéséhez.

Kvantitatív PCR

Kapilláris DNS szekvenátor

DHPLC

Fehérje microarray

ImmunológIaI csoport

a VeleszÜleTeTT ImmunITás

Témavezető: dr. andó istvánTel.: 62-599-677E-mail: [email protected]

93

gen

eTIk

a

A baktériumok, a paraziták és a daganatok elleni küzdelemben az első védelmi vonalat az immun-rendszer képezi. A veleszületett immunitás, mind a növény, mind pedig az állatvilágban a szervezetet támadó kórokozókkal szemben az azonnali és álta-lános válasz révén biztosít védelmet. Ez az azonnali válasz az állatvilágban magába foglalja a támadók azonnali eltávolítását bekebelezés, valamint speciáli-san csak a patogéneket elpusztító bioaktív moleku-lák révén. Ebben a folyamatban kitüntetett szerepet játszanak az állatok vérsejtjei, melyek már a rova-rokban is megtalálhatók és valamennyi állatfajban hasonlóan vesznek részt a védekezésben. A rovarok veleszületett immunitása különös figyelmet igényel, mert immunrendszerük szinte teljes egészében, mint egyetlen működési egység konzerválódott a törzsfej-lődés során, és az ember veleszületett immunitása is a rovarokéhoz hasonló szerkezeti és működési ele-mekből épül fel. Ennek a hatékony védekező rend-szernek a megismerése, ezért rovarokon hatékonyan modellezhető és a Drosophila (ecetmuslica) genetikai rendszerének ismertsége ezt a rovart különösen al-kalmas kísérleti alannyá teszi. Csoportunk az ecet-muslica immunrendszerének megismerésén

keresztül kíván bepillantást nyerni a veleszületett immunitás általános, gerincesekben is érvényes fo-lyamataiba.

Laboratóriumunkban azonosítjuk a különböző tí-pusú vérsejteket, meghatározzuk az immunitásban

betöltött szerepét és leírjuk az egyes vérsejttípusokra jellemző molekuláris mintázatot. A molekuláris min-tázat megismerése segít az egyes mintázatokkal jelle-mezhető vérsejttípusok és ezáltal az immunvédekezés alapvető folyamatainak a megismerésében. Az im-munvédekezésben kulcsszerepet játszó vérsejtek ún. őssejtekből alakulnak ki, amelyek jól meghatározható sejtcsoportokat, szöveteket képeznek; ezeknek a jel-lemzése, valamint az egyes vérsejttípusok genetikai és biokémiai finomszabályozásának a megismerése szin-tén a csoport vizsgálatainak a tárgyát képezi.

Elsőként állapítottuk meg, hogy a Drosophila vér-sejtjeinek egyes típusai molekuláris immunológiai eszközökkel jellemezhetők. Az általunk létrehozott, és már világszerte rutinszerűen használt molekulá-ris eszköztár segítségével új, az immunválasz szabá-lyozásában kulcsszerepet játszó molekulákat és sza-bályozó folyamatokat azonosítottunk. Molekuláris mintázatuk alapján jellemeztük a vérképző szerve-ket, egy új vérképző szövetet/szervet azonosítottunk és lokalizáltuk az egyes vérsejttípusok őssejtjeit.


A veleszületett immunitás molekuláris folyamata-inak és finomszabályozásának a további megisme-rése az egyik leghatékonyabb immunvédekezési fo-lyamat elemeinek további gyakorlati felhasználását teszi lehetővé.

lImFocIta jelátvItelI csoport

ImmunVálasz szaBályozás auToImmun BeTegségekBen és rákBan

Témavezető: dr. Monostori évaTel.: 62-599-684E-mail: [email protected]

94

gen

eTIk

a

Az immunválasz, vagyis a fertőzések elleni védeke-zés, szigorú szabályozás alatt áll. Az immunológiai egyensúly felborulása olyan súlyos károsodáshoz vezethet, mint az autoimmun (pl. sclerosis multip-lex, rheumatoid arthritis) és krónikus gyulladásos (pl. krónikus bélgyulladás, pikkelysömör) betegsé-gek, a neurodegeneratív betegségek (pl. Alzheimer kór) kialakulása, vagy a rákosan elfajult sejtek el-leni belső védekezési képtelenség. Ezeknek a súlyos állapotoknak a gyógyítása gyakran nem lehetséges, de mindenképpen nagy terhet ró a betegekre és az egészségügyre. A szervezet immunológiai egyen-súlyának fenntartása részben az immunsejtek mű-ködésének szigorú szabályozásától, részben az im-munválasz időben történő leállításától függ. Az egyik szabályozó faktor, az általunk vizsgált ter-mészetes immunszabályozó, gyulladáscsökkentő fehérje, a galektin-1. Munkánk során vizsgáljuk,

hogy milyen módon fejti ki a galektin-1 fehérje immun-szuppresszív hatását, hogyan érvényesül ez a funkció a rákos sejtek immunválasz elleni véde-kezésben. A galektin-1 immunválasz gátló hatása előnyös az autoimmun és gyulladásos betegségek-ben, de hátrányt jelent rákos betegségek esetében, ahol a rák ellen kialakuló immunválasz gátlásának feloldása a cél. Ezért olyan molekulákat keresünk, melyek az első esetben fokozzák, második esetben gátolják a galektin-1 hatását.


A ga lek t i n-1 fehér je p otenc iá l i s g yóg y sz er autoimmun és krónikus gyulladásos betegségekben. A galektin-1 immun-szuppresszív funkciójának gát-lása tumorokban lehetséges tumor terápiaként alkal-mazható.

kromoszóma csoport

mesTerséges kromoszóma rendszer

Témavezető: dr. Hadlaczky gyulaTel.: 62-433-397E-mail: [email protected]

95

gen

eTIk

a

Szatellit DNS-alapú mesterséges kromoszómák előál-lítása, mesterséges kromoszóma vektorok előállítása. A mesterséges kromoszómáinkkal létrehozott mester-séges kromoszóma expressziós rendszer egy olyan új génátviteli és gén működtető rendszer, amellyel sejtek-ben, szövetekben, vagy az egész szervezet szintjén tet-szőleges gének termékeinek hatékony és szabályozott „termelése” biztosítható. A mesterséges kromoszómák hasznosítására létrejött kanadai Chromos biotechno-lógiai vállalat nem-kizárólagos licenszszerződéseket kötött számos gyógyszeripari vállalattal fehérje gyógyszeralapanyagok mesterséges kromoszómával történő előállítására. Az eddigi adatok alapján a mes-terséges kromoszóma rendszer négyszer hatékonyabb, mint a hagyományos fehérje termeltetési eljárások. Ennek ismeretében, 2007-ben a Glaxo gyógyszeripari vállalatcsoport kizárólagos jogot szerzett a mestersé-ges kromoszóma rendszerrel állati sejtekben történő gyógyszeralapanyagok gyártására.

Az elmúlt évek során, az Ipari és Közlekedési Mi-nisztérium, illetve a kanadai Chromos biotechno-lógiai vállalat támogatásával sikeresen egyesítettük a mesterséges kromoszóma és az őssejt technoló-giát. Egy gyógyíthatalan betegség állatmodelljével végzett munkánk során elkészítettük a „gyógyító” gént hordozó terápiás mesterséges kromoszómákat és ezeket beépítettük őssejtekbe. Az így előállított terápiás őssejtekből stabil, korlátlanul szaporítha-

tó őssejtvonalakat hoztunk létre. Igazoltuk, hogy a mesterséges kromoszómát hordozó őssejtek termelik azt a fehérjét, amelynek hiánya végzetes a betegség-gel született egyedek számára. A terápiás őssejteket embriókba juttatva bebizonyítottuk, hogy a mester-séges kromoszóma jelenléte többszörös túlélést biz-tosít a kísérleti állatokban.

Ezen eredmények megteremtették a mesterséges kromoszómák gyógyító eljárásokban történő fel-használásának gyakorlati alapját, lehetőséget bizto-sítva a ma még gyógyíthatalan betegségek mestersé-ges kromoszóma-őssejt alapú génterápiai kezelésére.


Jelenlegi kutatási programunk egy olyan preklinikai őssejt/mesterséges kromoszóma terápia kidolgozása az X-kromoszómához kötött súlyos immunhányos betegség gyógyítására, amely már átültehető a kli-nikai gyakorlatba. Ennek sikeres végrehajtása mo-dellként szolgálhat egyéb betegségek kezelésére is, így hozzájárulhat a hazai klinikai génterápia alap-jainak megteremtéséhez. Az intézetünkben kiépülő preklinikai őssejt-mesterséges kromoszóma egy-ség, tudásban, technológiában és műszerben is új infrastrukturát jelent Magyarország számára és je-lentősen hozzájárulhat a hazai és külföldi alapkuta-tási és klinikai laboratóriumok együttműködéséhez.

emBerI molekulárIs genetIkaI csoport

régészeTI geneTIkaI kuTaTások

Témavezető: dr. raskó istvánTel.: 62-599-681E-mail: [email protected]

Csoportunk molekuláris populációgenetikával, elsősorban régészeti genetikával, valamint emberi molekuláris genetikával kapcsolatos kutatásokkal foglalkozik.

96

gen

eTIk

a

A molekuláris genetikai módszerek igen alkalmasak arra, hogy segítségükkel egyes népek származási fá-ját, genetikai rokonsági viszonyait tanulmányozzuk. Tanulmányok kimutatták, hogy ásatag maradvá-nyokban genetikai analízisre alkalmas DNS talál-ható. Nyilvánvalóvá vált, hogy a régészeti leletekben megőrzött DNS rendkívül kis mennyiségben van jelen, súlyosan károsodott és gyakran szennyezett gátló vegyületekkel a talajból, vagy gomba és bakte-riális DNS-sel. A régészeti DNS segítségével azonban régi emberi populációk és azok története tanulmá-nyozható. Csoportunk hazánkban elsőként kezdett régészeti genetikai kutatásokba. Egy most befejezett vizsgálatban honfoglalás kori csontminták, valamint mai magyar és székely populációból származó egye-dek esetében végeztük el a teljes körű mitokondriális DNS (mtDNS) analízist. A mtDNS segítségével po-pulációk anyai ági leszármazási vonalát tudjuk nyo-mon követni. Míg a modern magyar és székely po-pulációk nagy százalékban európai típusú genetikai elemeket hordoznak, addig az ősi csontokból nyert mintákban nagyobb arányban mutathatók ki ázsi-ai eredetű vonalak. Az apai ági leszármazási vonal vizsgálatához Y-kromoszómális bélyegeket tanul-mányoztunk. A TAT (M46) mutáció, mely a legtöbb uráli nyelvet beszélő populációban jelen van, az ál-talunk vizsgált két modern populációból csak egy,

míg a vizsgált 4 régészeti leletből származó csont-mintából két esetben volt kimutatható. 22, az Y-kro-moszómán található polimorfizmust mutató bélyeg vizsgálata szerint a modern magyarul beszélő férfi-ak a többi európai populációhoz hasonló mintázatot mutatnak. Kivételt csak a P*(xM173), a székely fér-fiakban előforduló haplocsoport (amely közép ázsiai genetikai rokonságra utal), valamint a J haplocsoport magasabb gyakorisága képezett.


A továbbiakban a Kárpát medence régészeti ló csont-leleteinek eredetvizsgálatát kezdtük el. Ezekkel a vizsgálatokkal arra keressük a választ, hogy ezekben az állatokban fellelhetők-e a származásukra utaló ősi motívumok, valamint feltárjuk az itt élő népek lófaj-táit és megállapítsuk rokonsági viszonyaikat.


IdegI dIFFerenCIálódásBan részTVeVŐ geneTIkaI HálózaT VIzsgálaTa

Témavezető: dr. raskó istván

97

gen

eTIk

a

Csopor tunk kora i v izsgá lata iban kü lönböző, mutagén hatású vegyület által indukált génmutá-ciókat mutattunk ki kínai hörcsög sejtkultúrák-ban, il letve a sejtciklus különböző stádiumában lévő hibridsejtekben. A későbbiekben egér emb-rionális karcinoma sejtkultúráknak - amelyeket a kutatók a korai embriogenezis vizsgálatára szíve-sen alkalmaznak - megvizsgáltuk és jellemeztük a spontán és idegi irányba irányított differenciáló-

dási és DNS reparációs képességeit. Ezek a kultú-rák azért hasznosak, mert definiált körülmények között különböző sejttípusok differenciálódása indukálható belőlük, így ideg, izom, porc, stb. Mi az idegi differenciálódást indukáltuk, majd a DNS reparációs kapacitását hasonlítottuk össze. Jelen-leg ezen sejtkultúrákban egy, a formin családhoz tartozó fehérje differenciációt indukáló hatását vizsgáljuk.


egy komPleX BeTegség molekulárIs geneTIkaI VIzsgálaTa

Témavezetők: dr. raskó istvánTel.: 62-599-681E-mail: [email protected]

dr. Mórocz MónikaTel.: 62-599-685


98

gen

eTIk

a

Az emberi genetikai betegségek hagyományos osz-tályozása kromoszómális, egy génes és komplex, multifaktoriális kategóriákra, túlzottan leegysze-rűsített. Ugyanabban, vagy különböző génben elő-forduló többszörös mutációk ugyanis egyénileg eltérő megjelenést okoznak. Az egyénileg jellemző klinikai megjelenést befolyásoló faktorok szerepé-nek megértése még az ugyanabban a génben be-következő mutációk esetén is csak a közelmúltban indult meg. Manapság ezért az egyetlen gén által meghatározott tulajdonságokat a komplex bélyegek egy speciális variációjának tekintjük; az ugyanab-ban a génben megtalálható allél variációk, a mó-dosító gének, a táplálkozás és környezet együttha-tásának eredményeképpen alakulnak ki. Miután néhány monogénes rendellenesség vonatkozásában elvégeztük a magyarországi populáció jellemzését, jelen célunk, hogy egy eset-kontroll vizsgálattal,

genomikai technológiák felhasználásával komp-lex, poligénes rendellenességek hajlamosító alléljeit azonosítsuk. Első modellünk a fiatalkori gerincfer-dülés, az idiopathias scoliosis.


A kimutatott genetikai hajlam alapján adott életmódi tanácsokkal a tünetek megjelenése késleltethető lehet.

99

nö

vén

yBIo

lóg

Ia

SZBKnövénybiológiai Intézet6726 Szeged, Temesvári krt. 62.6701 Szeged, Pf. 521.

növényI Foto- és kronoBIológIaI csoport

a FényszaBályozoTT nÖVényI éleTFolyamaTok molekulárIs alaPjaI

Témavezető: dr. nagy Ferenc Tel.: 62-599-718E-mail: [email protected]

100

nö

vén

yBIo

lóg

Ia

A növények – helyhezkötött élőlények lévén – csak anyagcseréjük/életfolyamataik módosításával képe-sek alkalmazkodni a változó környezethez. Ehhez alapvetően szükséges a környezeti tényezők folyama-tos és pontos érzéklése. A növények számára a leg-fontosabb környezeti tényező a fény, ezért nem meg-lepő, hogy a fényviszonyok (intenzitás, hullámhossz, megvilágítás ideje) változásának érzékelésére speci-ális fotoreceptorok egész sora alakult ki, amelyek – mint a növények szemei – képesek a fény meghatá-rozására a spektrum UV-B tartományától egészen a közeli infravörösig. A legjelentősebb fotoreceptor családot a fitokrómok alkotják, amelyek valódi fény-kapcsolóként működnek: vörös fénnyel aktiválhatók, távoli vörös fénnyel pedig kikapcsolhatók. A fény el-nyelését követően az átalakított jel a fitokrómokról a sejtmagba jut, ahol számos gén működését serkenti vagy gátolja. Ezen gének működésének összehangolt megváltozása az alapja a makroszkópos szinten meg-figyelhető fényválaszoknak, amelyek közül az egyik leglátványosabb a szár megnyúlásának gátlása és a levelek növekedésének serkentése. Sötétben a növé-nyek erősen megnyúltak és kis leveleket fejlesztenek. Fényben a szár megnyúlása gátolt, míg a levél(lemez)ek növekedése fokozódik. Ezeket a válaszokat bizo-nyítottan a fitokróm receptorok szabályozzák, mi-vel azok a mutáns növények, amelyekből a fitokróm receptorok hiányoznak, fényben is úgy viselkednek, mintha sötétben lennének.

Munkánk célja annak felderítése, hogy pontosan milyen úton jut el a fényindukált jel a fitokrómoktól a megfelelő sejtmagi génekig. Kimutattuk, hogy a

fitokrómok sötétben a citoplazmában helyezkednek el, majd megvilágítás hatására a sejtmagba vándorolnak.

A fitokrómok a sejtmagban – feltehetően egyéb fehér-jék mellett – olyan génműködést szabályozó fehérjékkel (transzkripciós faktorok) is kapcsolatba lépnek, amelyek közvetlenül irányítják a fényregulált gének működését. Eredményeink arra utalnak, hogy a kialakuló kölcsön-hatások különböző mechanizmusok révén serkentik vagy gátolják az adott transzkripciós faktor és ez által a megfelelő gén működését. Megállapítottuk tehát, hogy a fitokrómokat az általuk szabályozott génekkel össze-kötő nagyon rövid jelátviteli út kulcs-lépései egyrészt a fotoreceptorok fényfüggő sejtmagi importja, másrészt a fitokrómok és a fényszabályozásban szerepet játszó transzkripciós faktorok köcsönhatása a sejtmagban.


A fitokrómok jelen-tős hatással vannak a kifejlett növények testfelépítésére (lásd ábra). A modellnö-vényként haszná lt

Arabidopsis esetében ez főleg a levélnyél, de más növé-nyek esetén a szár hosszának tekintetében figyelhető meg. Ez a fontos funkció jelenti megszerzett ismere-teink hasznosításának egyik lehetőségét. Például a fitokróm rendszer célzott módosításával elméletileg előállítható olyan búzafajta, amely rövid szárt növeszt és az így felszabaduló erőforrásokat a kalász, vagy a magok méretének növelésére fordítja.


BIológIaI óra nÖVényekBen

Témavezető: dr. kozma-Bognár lászlóTel.: 62-599-717E-mail: [email protected]

101

nö

vén

yBIo

lóg

Ia

A biológiai óra egy olyan, élő szervezetekben működő időzítő mechanizmus, amely képes napi (kb. 24 órás) oszcillációk létrehozására. A 24 órás peridódushossz miatt nevezzük a biológiai órát cirkadián órának is, a latin circa diem (= kb. egy nap) kifejezés alapján. Az óra által kialalkított alap-ritmus számos élet-folyamat megjelenését szabályozza olyan módon, hogy azok az arra legmegfelelőbb napszakban történjenek. Az óra által szabályozott folyamat például az alvás/ébrenlét ciklus, ahol az éjszaka során az óra működése követ-keztében a nyugalmi állapot kialakulásához vezető változások történnek (pl. csökken a vérnyomás és a testhőmérséklet), nappal viszont az ellentétes irányú folyamatok biztosítják az aktív állapotot. A fenti példa is mutatja, hogy az óra akkor tölti be funkcióját hasz-nosan, ha az általa megjelenített belső, szubjektív idő összhangban van a külső, valós idővel. Csak így biz-tosított, hogy pl. a nyugalmi állapot mindig éjszaká-ra, az aktív állapot pedig nappalra essen. A belső és a külső idő összhangjának fenntartása érdekében a napi rendszerességű környezeti változások (fény/sötét, meleg/hideg) szinkronizálják az órát a valós időhöz. A biológiai óra molekuláris óra: fogaskerekeit gének és az általuk kódolt fehérjék alkotják, amelyek egymás működését szabályozva hozzák létre a 24 órás alap-ritmust, ami elsődlegesen az óraelemek ritmikusan változó szintjében jelenik meg.

Munkánk célja a növényekben működő biológiai óra megismerése, kísérleteinkkel a rendszer három különböző részét vizsgáljuk. Azonosítottunk több olyan gént/fehérjét, amelyek az óra központi részé-nek felépítésében és az alap-oszcilláció kialakításá-ban vesznek részt. Eredményeink nagyban hozzá-járultak annak megértéséhez, hogy a növényi óra fogaskerekei milyen módon kapaszkodnak egymás-ba a 24 órás periódus kialakítása érdekében.

Kimutattuk, hogy különböző növényi életfolya-matok, legfőképpen a fotoszintézis precíz időzítése a megfelelő napszakra nagy jelentőséggel bír a növé-nyek optimális fejlődése szempontjából. Az óra mű-ködésében sérült mutánsok analízisével igazoltuk, hogy az óra által jelzett időnek a valós időtől törté-nő mind-össze néhány órás eltérése a fotoszinteti-kus aktivitás és a zöld biomassza-termelés mintegy 50%-os csökkenését okozza (lásd ábra).

A valós időtől történő eltérés nemcsak az óra köz-ponti részének hibás működése miatt, hanem a kör-nyezetből származó je-leket szállító jelátviteli rend sz erek he ly te len működése miatt is kiala-kulhat. Ezért kutatásaink harmadik vonala azokat a mechanizmusokat vizsgálja molekuláris szinten, amelyek révén a környezeti jelek (elsősorban a fény) beállítják a növényi biológiai órát. Megjegyzendő, hogy ezeket a fényjeleket az előző témánál már emlí-tett fitokróm receptorok továbbítják, így a folyamat a fitokrómokkal kapcsolatos fényszabályozás egyik pél-dája is egyben.


Az óra egyik fontos funkciója számos növényfaj vi-rágzásának szabályozása a nappalok hosszának méré-se alapján. Több adat is arra mutat, hogy az óra ezen funkciójának megváltoztatásával lehetséges a virág-zási idő széles skálán történő módosítása, miközben a terméshozam nem változik lényegesen. Ez lehetővé tenné bizonyos haszonnövények termesztését olyan körülmények között, ahol azok megfelelő időben tör-ténő virágzását a nappalok adott hossza gátolja.

vad típusú óra-mutánsarabidopsis növények


BrasszInoszTeroIdok

Témavezető: dr. szekeres MiklósTel.: 62-599-716E-mail: [email protected]

102

nö

vén

yBIo

lóg

Ia

A brasszinoszteroidok növényi szteroid hormonok, amelyek jelentős szerepet játszanak a növények meg-nyúlásának, fényfüggő fejlődésének és termékenysé-gének szabályozásában, valamint a szélsőséges kör-nyezeti hatásokkal szembeni ellenállóképességük fokozásában. Ezeket a feladatokat a többi növényi hormoncsalád tagjaival együtt látják el, gyakran azok működésének ellenőrzése, összehangolása révén. Re-gulációs rendszerük jellegzetessége, hogy más hormo-nokkal ellentétben csak korlátozottan terjednek szét a növény szervezetében, így hatásukat elsősorban kelet-kezési helyük közvetlen környezetében fejtik ki.

Vizsgá lata ink célja annak t isztázása, hog y milyen belső tényezők felelősek elsődlegesen a brasszinoszteroidok által kiváltott élettani válaszre-akciók kialakulásáért. Eddigi munkánk során meg-határoztuk néhány, az e hormonok bioszintézisében résztvevő gén szerepét, és jellemeztük azokat a mo-lekuláris szintű regulációs mechanizmusokat, ame-lyek kifejeződésüket befolyásolják. Az egyes gének működésének direkt, vizuális követésére alkalmas módszert (lásd ábra) alkalmazva kimutattuk, hogy a bioszintézis kulcsenzimeinek génjeit több független, belső és környezeti tényezők hatásait is közvetítő me-chanizmus szabályozza. A magas szintű kifejeződés a bioszintézis intenzitásának fokozása révén lokális hormon felhalmozódást eredményez, ami jellegze-tes velejárója az egyedfejlődés és szervképződés korai folyamatainak. A brasszinoszteroidok által kiváltott élettani válaszreakciók intenzitását a hormonszint mellett jelentősen befolyásolhatják az egyes szervek hormonérzékenységében kimutatható különbségek is. Adataink szerint az érzékenység növekedése együtt jár a brasszinoszteroidok érzékelését biztosító sejtfelszíni

receptor erőteljes kifejeződésével, ami elsősorban a hajtáscsúcsokban és az intenzív megnyúlást mutató régiókban figyelhető meg. Munkánk során választ szeretnénk kapni arra a kérdésre, hogy a hormon-szint, illetve hormonérzékenység változásának van-e meghatározó szerepe a brasszinoszteroid válaszreak-ciók kiváltásában.

az ábrán az egyik általunk vizsgált gén kifejeződésének mintá-zata látható Arabidopsis növényben. A gén működése egy mester-séges génkonstrukció segítségével követhető, amelynek aktivitása biolumineszcencia kibocsátással jár együtt: a képen a piros és fehér színek a magas, míg a lila és fekete színek az alacsony szintű génműködést jelzik.


Számos hasznos termesztett növényfajta bizonyult természetes brasszioszteroid mutánsnak. A bio-szintetikus és érzékelési folyamatok pontos megis-merése lehetőséget adhat az előnyös tulajdonságok szervspecifikus kialakítására a terméshozam lénye-ges változása nélkül.

molekulárIs stressz- és FotoBIológIaI csoport

FoToszInTeTIkus energIaáTalakÍTás VIzsgálaTa

Témavezetők: dr. vass imreTel.: 62-599-700 és 62-599-714E-mail: [email protected]

dr. deák zsuzsannaTel.: 62-599-705


103

nö

vén

yBIo

lóg

Ia

A növények (algák, cianobaktériumok) a természet-ben egyedülálló képessége a Nap fényenergiájának átalakítása és a víz elbontásából származó protonok, valamint a légköri széndoxid megkötéséből származó szén felhasználásával szerves anyagok formájában tör-ténő tárolása. Ezen folyamat szolgáltatja végső soron a Föld szinte minden élő szervezete számára szükséges energiát, és egyben a magasabb rendű életformák szá-mára elengedhetetlen légköri oxigén forrása is.

A Napból kb. 8 perc alatt érkezik a Földre az em-beriség jelenlegi teljes energia szükségletének meg-felelő fényenergia. Ezért természetes, illetve mes-terséges fotoszintetikus rendszerek alkalmazása lehetőséget nyújthat alternatív, megújuló energiater-melő rendszerek kifejlesztésére.

Kutatócsoportunk széleskörű vizsgálatokat folytat a fény által hajtott vízbontást végző ún. 2. fotokémi-ai rendszer (PSII) működésének molekuláris szintű értelmezésére. Tanulmányozzuk a vízbontó rendszer

katalitikus komplexének felépítését, az oxigén fejlő-dés mechanizmusát, valamint az energia átalakító folyamatok hatékonyságát nagymértékben meghatá-rozó töltés rekombinációs folyamatokat. Alternatív, megújuló energiaforrások kifejlesztése érdekében kutatásokat végzünk félmesterséges fotoszintetikus rendszerek létrehozására izolált PSII komplexek im-mobilizálása révén.

A fotoszintetikus energia termelés egyik lehetsé-ges útja az egyes algákban és cianobaktériumokban található hidrogenáz enzimek által történő hidro-gén termelés. Ily módon a Nap fényenergiája tárol-ható hidrogén üzemanyaggá alakítható, amelynek elégetése során nem keletkezik a környezetet szeny-nyező melléktermék. Csoportunkban vizsgáljuk a Synechocystis 6803 cianobaktériumban található hidrogenáz enzimet kódoló hox gének kifejeződésé-nek szabályzását különböző tényezők (fény, oxigén, fotoszintetikus elektron transzport) által.

komPleX nÖVényI sTressz-dIagnoszTIkaI rendszer kIFejleszTése


sass lászlóTel.: 62-599-710



104

nö

vén

yBIo

lóg

Ia

A környezeti stresszhatások (pl. vízhiány, ala-csony vagy magas hőmérséklet, só, nehézfémek, lát-ható és ultraibolya fény) a mezőgazdaságilag fontos növények esetén jelentős terméskiesést eredményez-nek. Ezért igen fontos a stresszhatásoknak fokozot-tan ellenálló növényi vonalak előállítása. Ezen ku-tatások egyik előfeltétele a növények növekedésének és fejlődésének kvantitatív monitorozása kontrollált stressz körülmények között.

Csoportunk egy komplex növényi stresszdiag-nosztikai rendszer kifejlesztésén dolgozik a Gabona-kutató Kht.-vel együttműködésben, amelyben egye-dileg azonosított növények számítógép által vezérelt öntözése biztosítja a reprodukálható vízellátási körül-ményeket. A növények növekedését digitális fotográ-fiára alapozott képalkotási technikával követjük, ami lehetővé teszi az egyes növények méretének és levélfe-lületének meghatározásának folyamatos követését tel-jes életciklusuk folyamán. A növények fiziológiai álla-potának követésére a fotoszintetikus hatékonyság klorofill f luoreszcencia képalkotással történő meghatározá-sát alkalmazzuk. Ez lehetővé teszi a növények egészére vonatkozó átlagos fiziológiai aktivitás meghatározása mellett a stressz által különböző mér-tékben érintett területek azonosítását is. További érzékeny módszer a növé-nyek hőfényképezéssel történő vizsgá-lata, ami lehetővé teszi a megváltozott párologtatási képességgel rendelkező egyedek, illetve növényi részek azono-sítását. Ezen módszer igen hasznos pl.

a vízhiány ellen csökkentett párologtatással védekező növényi vonalak azonosítására, valamint különböző fertőzések (vírusok, gombák) által okozott károsítás korai felismerésére. A stresszmonitorozó rendszer ál-tal gyűjtött adatokat számítógépes adatbázisokban tároljuk, amelyek interneten keresztül bárhonnan elérhetők. Így az adatfeldolgozáshoz szükséges nagy számítógépes kapacitás a monitorozó rendszertől tet-szőleges távolságban lehet.


Jelenleg foly ik automatikus növény-mozgatá-si lehetőség integrálása a rendszerbe. A komplex stresszdiagnosztikai rendszer fontos alkalmazást nyer stressztűrő kultúrnövények szelektálásában. Jelenleg ilyen vizsgálatok a Gabonakutató Kht.-val együttműködésben folynak szárazságtűrő búza vo-nalak azonosítására.

neHézFém BIoszenzorok kIFejleszTése

dr. kós péterTel.: 62-599-711




105

nö

vén

yBIo

lóg

Ia

A különböző nehézfémek (pl.Co2+, Ni2+, Zn2+, Cd2+, Cr6+) napjainkban egyre fokozódó környezet szeny-nyezést okoznak. Igen fontos továbbá a természetes eredetű arzén, ami elsősorban geológiai formációk-ból való szivárgással jut az emberi fogyasztásra hasz-nált ivóvízbe, pl. a Dél-Alföldi régió vízbázisaiban, és hosszú idejű expozíció esetén már szub-mikromoláris koncentrációban is káros az emberi egészségre. A bi-ológiailag hatékony nehézfémek és arzén kimutatá-sának egy lehetséges útja bioszenzorok kifejlesztése, amelyekkel a határérték feletti szennyező koncentrá-ciók kimutatása kis költséggel, gyorsan elvégezhető.

Csoportunkban aktív kutatások folynak olyan bioszenzorok kifejlesztésére, amelyek fotoszintetizáló cianobaktériumok nehézfém (arzén) stressz által indu-kált génszintű stresszválaszain alapulnak. Ezen organiz-

musok számos nehézfém detoxifikáló enzim rendszert tartalmaznak, amelyek aktivitását az enzimeket kódoló gének átíródása szabályozza. Ennek következtében ne-hézfémek jelenlétében az érintett gének mRNS szintje nagymértékben (akár több ezerszeresen) megnövekszik, ami a nehézfém koncentráció függvényében kalibrálható.


Az eddig foly tatott munka során vizsgá ltuk a Synechocystis 6803 nevű cianobaktériumban talál-ható nehézfém indukálható gének szabályzó szaka-szainak tulajdonságait a specificitás és a kimutatható koncentráció tartományok megállapítása érdekében.

Létrehoztunk egy olyan transzformációs rend-szert, ami lehetővé teszi a fénykibocsátó luciferáz rendszer t kódoló gének bev itelét és indiká l-ható gén-szabályzó régiókhoz történő fúzióját cianobaktériumokban. Ezen organizmusok adott környezeti stimulus (nehézfémek, arzén) jelenlétére fény kibocsátással reagálnak, és potenciálisan al-kalmasak bioszenzorok kifejlesztésére. Az elv mű-ködésének demonstrálására már előállítottunk nik-kel és cink szenzor törzseket, és folyamatban van arzén szenzor törzsek előállítása, ezekre alapozott bioszenzor alkalmazások kifejlesztése.


reakTÍV oXIgén származékok azonosÍTása nÖVényekBen

Témavezető: dr. Hideg évaTel.: 62-599-711 E-mail: [email protected]

106

nö

vén

yBIo

lóg

Ia

Gazdasági haszonnövényeinket, csakúgy, mint az élővi-lág egészét, számtalan kedvezőtlen környezeti hatás éri. A növényekben mind a biotikus (pl. vírus- vagy gomba-fertőzés okozta) mind az abiotikus (pl. erős napfény, ult-raibolya sugárzás, víz- és tápanyag ellátás zavarai vagy környezetszennyező anyagok okozta) stressz hatások oxidatív károsodással járnak együtt. Az, hogy a stressz maradandó károsodáshoz – pl. a növény termőképessé válása előtti elhalásához – vezet, vagy pedig alkalmazko-dási reakciót (ún. akklimatizációs válaszokat) indít el, a keletkező reaktív oxigén származékok (ROS) mennyisé-gétől, kémiai minőségétől és keletkezési helyétől függ.

A ROS keletkezésre vonatkozó bizonyítékok azon-ban általában közvetettek: oxidált membrán proteinek és lipidek, oxidatív DNS módosulás megfigyelésén; illetve a növény antioxidáns védőrendszerének akti-válódásán vagy lecsökkenésén alapulnak. A ROS köz-vetlen kimutatása azért fontos, mert nemcsak megerő-sítheti a klasszikus kísérleti technikákkal vélelmezett oxidatív stressz gyanúját, de az egyes ROS formák kémiai azonosítása útján közelebb vihet a stressz bio-kémia hatásmechanizmusának megértéséhez, sőt az elsődleges károsodás helyének azonosításához is.

A kutatócsoportunkban hazai kooperációban ki-fejlesztett mérési eljárás során egy, a növények leve-lébe juttatott speciális jelző molekula fluoreszcencia változása azonosítja a ROS keletkezését [1,2] az ábrán bemutatott módon.

szinglett oxigén kimutatása dohány levél 1.2 x 1.6 cm-es részletén. A ROS keletkezését a levélbe infiltrált jelző molekula fluoreszcencia in-tenzitásának csökkenése mutatja (mesterséges szinezéssel illusztráltan) a levél felső, fotoinhibíciós stressznek kitett részében. Az alsó, kezeletlen részben a jelző fluoreszcenciája változatlan.

továbbfejlesztés, hasznosítás, felhasználásMódszerünkkel sikerült szinglett oxigént és szuper-oxid gyököket kimutatnunk erős napsütést model-lező fotoinhibíció, UV sugárzás és herbicid okozta oxidatív stressz során. Ezek az eredmények elősegí-tik a vizsgált stressz hatások biokémiai mechaniz-musának megértését; a károsító ROS azonosítása pe-dig megmutatja, mely pontokon lehetséges a növény saját védelmi rendszerének megerősítésével stressz toleránsabb fajtákat előállítani. Idővel, a mérési tech-nika fejlődésével, lehetővé válhat a károsítást okozó koncentrációnál kisebb mennyiségben jelen levő, a sejt szintű alkalmazkodásban részt vevő ROS mole-kulák azonosítása is.

FotoszIntézIs - memBrán-energIzácIó csoport

ÖnszerVezŐdŐ FoToszInTeTIkus FényBegyŰjTŐ rendszerek

Témavezetők: dr. garab győző Tel.: 62-433-131E-mail: [email protected]

dr. kovács lászló Tel.: 62-599-600/507

E-mail.: [email protected]

107

nö

vén

yBIo

lóg

Ia

A fotoszintézis a földi élet energetikai alapja; köz-vetve vagy közvetlenül ez szolgáltatja az életfo-lyamatok fenntartásához szükséges táplálékot. A fotoszintézisnek köszönhetjük az oxigénben dús légkört, és így az ózonpajzs létét is. A fosszilis ener-giahordozók is fotoszintézis eredetűek – ezek ad-ják a ma felhasznált energia 80 %-át. A fosszilis energia ilyen nagy mértékű felhasználása azonban környezeti katasztrófához vezethet. Ezért a fosszi-lis energiahordozókat nagy mennyiségben rendel-kezésre álló, reális időtávon belül technológiailag elérhető, környezetkímélő energiahordozókkal kell kiváltani. Erre megfelelően átalakított fotoszinte-tikus szervezetek, vagy azok ’bio-inspirált’ műsza-ki ’utánzatai’ tűnnek alkalmasnak. A fotoszintézis kutatások ezért a természetben lejátszódó folyama-tok minél teljesebb megismerését, és a mesterséges megvalósítás módjainak feltárását célozzák.

A fotoszintézis a fény elnyelésével kezdődik. Ezt fotoszintetikus festékek végzik, amelyek az így nyert gerjesztési energiát a fotokémai reakciócentrumok-ba juttatják – megkezdve ezzel a fényenergia kémi-ai energiává alakítását. Az energiaátalakítás azon-ban csak akkor hatékony, ha a festék, fehérje és lipid molekulák alkotta ún. antennarendszer képes arra, hogy a beérkező, általában alacsony energiasűrűsé-gű, ’diffúz’ fény fotonjait begyűjtse és a reakciócent-rumokba irányítsa.

Ez csak magasan szervezett molekuláris rend-szerben, ill. a teljes energiaátalakító apparátust tar-

talmazó membránrendszer nagy fokú rendezettsége mellett képzelhető el.

Kutatásaink fő feladata önszerveződő természetes és mesterséges antenna- és membrán-rendszerek ta-nulmányozása és fényindukált szerkezeti átalakulá-sainak megértése. Munkánk során egy új, korábban csak folyadékkristályokra leírt mechanizmust fedez-tünk fel, ami részt vesz növények fénystressz elleni vé-dekező mechanizmusában.


A fénybegyűjtő multilamelláris rendszerek alkalma-sak lehetnek mesterséges, katalitikus hordozó felü-letre vitt fotokémiai reakciók energiaellátására, és így pl. hidrogén vagy más üzemanyag mesterséges termelésére. Csoportunk európai együttműködés keretében részt vesz ilyen jellegű kutatásban.

gránumos tilakoid membránrendszer modellje.


alTernaTÍV elekTronTranszPorT HŐsTressznek kITeTT FoToszInTeTIkus rendszerekBen

dr. Tóth szilvia zitaTel.: 62-599-600/492


Témavezetők: dr. garab győző Tel.: 62-433-131E-mail: [email protected]

108

nö

vén

yBIo

lóg

Ia

A növények , a lgá k é s kék mosz atok (c ia no -baktériumok) képesek a víz enzimatikus hasítására. Ennek során molekuláris oxigén szabadul fel és jut a légkörbe. A fotokémiai reakciócentrumokba érkező gerjesztési energia töltésszétválasztást eredményez, amit töltések (elektronok és protonok) irányított vándorlása követ a membránban, összekötve a két fotokémiai rendszert, a vízbontó enzimet tartalma-zó PS2-t és a NADPH termelésre képes PS1-t. En-nek során képződik a redukáló erőt tároló NADPH és az „energiahordozó” ATP. Ezeket a molekulákat használja fel a fotoszintézis enzimatikus rendszere (a Calvin-Benson ciklus) a széndioxid megkötésére, azaz a cukrok szintéziséhez. Ez folyamatosan csak aktív vízbontó enzim és egy lényegében korlátlan mennyiségben rendelkezésre álló elektronforrás, a víz jelenlétében valósulhat meg. (Ilyen összefüggés-ben az oxigéntermelés mintegy a fotoszintézis mel-lékterméke.)

A vízbontó enzim igen érzékeny különböző kör-nyezeti stresszhatásokra, azok közül is elsősorban magas hőmérsékleti stresszre, amely könnyen vezet-het az enzim teljes inaktivációjához. Ez a stresszhatás élettani szempontból nagyon fontos, és jelentős ká-rokat okoz haszonnövényeinkben is.

Korábbi, teljes növényeken végzett hőstressz vizs-gálataink, amelynek során a magas hőmérsékletnek a második fotokémiai rendszerre gyakorolt hatását tanulmányoztuk, váratlan eredményre vezettek. Ha levelekben a vízbontó enzimet egy gyors hőkezelés-sel inaktiváltuk, akkor azt láttuk, hogy a vízbontó enzimet más, alternatív donorok helyettesítették. Ez

esetben tehát a víz (ill. a vízbontó enzim) helyett ezek a donorok szolgáltak a fotokémiai folyamatok végső elektronforrásaként. Jóllehet ilyen körülmények kö-zött az elektrontranszport maximális sebessége jóval kisebb, mint aktív vízbontó enzim jelenlétében, az elektrontranszport fenntartható volt.

Kutatásaink ennek az alternatív elektrondonor-nak az azonosítására, részletes jellemzésére és élet-tani szerepének tisztázására irányulnak, különös tekintettel a hőstressz hatásmechanizmusára és az al-ternatív elektrondonorok feltételezhető fotooxidáció elleni védő szerepére magas hőmérsékleten. Vizsgá-lataink kiterjednek arra is, mennyire elterjedt az al-ternatív donorok jelenléte különböző növény- és al-gafajokban és mennyiségük mutat-e összefüggést az adott faj vagy fajta hőstressz-tűrő képességével.


Az alternatív elektrondonorok fontos szerepet játszhat-nak a növények magas hőmérséklet elleni védekezésé-ben. A hatásmechanizmus ismerete támpontot nyújthat új, hőstresszt jobban tűrő fajták nemesítéséhez.


mekkora rend Van a sejTekBen? Új mIkroszkóPos eljárás a rendezeTTség mérésére; BIológIaI alkalmazások

Témavezető: dr. garab győző

109

nö

vén

yBIo

lóg

Ia

Biológiai anyagokban az összetevők térbeli eloszlása erősen inhomogén és irány-rendezett. Ezek a szerke-zetek erős anizotrópiát mutatnak. Ismereteink ilyen komplex szerkezetek felépítéséről, szerkezeti dinamiká-járól és élettani szerepéről azonban nagyon hézagosak. Egyes kivételes esetekben, például a mágneses térben is jól rendezhető fotoszintetikus membránok esetében az anizotróp szerkezeti jellemzők pontosan megha-tározhatók. Ezekben a molekulák irányrendezettsége univerzális sajátság, aminek alapvető fontossága az energiaátalakító folyamatokban mára egyértelműen bebizonyosodott. A legtöbb rendszerben azonban az anizotróp anyagi jellemzők meghatározása lényegében csak mikroszkópos eszközökkel lehetséges.

Az elmúlt évek során új mikroszkópos leképezési módszert fejlesztettünk ki azzal a céllal, hogy magasan szervezett biológiai anyagok főbb anizotrópiás sajátsá-gait megmérjük és térbeli eloszlásukat megjelenítsük. A laboratóriumunkban erre a célra a Carl Zeiss Jena GmbH közreműködésével kifejlesztett eszköz szabadal-mi oltalmat is kapott. Ez az ún. differenciál-polarizáci-ós lézersugár pásztázó mikroszkóp (DP-LSM) egyesíti a modern, digitális képrögzítésű, 3-dimenziós leképezés-re is alkalmas lézersugárpásztázó mikroszkópok (LSM-ek) és a korszerű, nagy pontosságú, ún. frekvenciamo-dulációs technikán alapuló differenciál-polarizációs spektroszkópiai eszközök előnyeit. A fejlesztés révén a három ’hagyományos’ leképezési eljárás – amik segítsé-gével a fényelnyelés, a reflexió és a fluoreszcencia emisz-szió erősségei jeleníthetők meg – további nyolc paramé-terrel bővíthető. Ezen, paraméterek mindegyike fontos fizikai információt hordoz az anyag anizotróp szerkeze-téről, amint azt különböző hazai és nemzetközi együtt-működésekben végzett kutatásaink is bizonyították. Megmutattuk például, hogy az aktin anizotróp szer-

kezetének megbontása muslica dajkasejtekben (1. ábra) letális. Vizsgálataink szerint kloroplasztiszokban az anizotrópia erőssége lehetővé teszi ezen sejtszervecskék optikai mikro-manipulálását, és ezzel a módszerrel tár-tuk fel a humán fehérvérsejt plazmamembránok felépí-tésének új sajátságait is. A növényi sejtfal ill. a cellulóz anizotróp szerkezetének ismerete (2. ábra) fontos lehet a növények szárazságtűrésében és a cellulóz ipari fel-dolgozása során. Az Alzheimer kórban is jelentős szere-pet játszó amiloidnak egy más módszerrel nem detek-tálható magas szervezettségű formáját figyeltük meg. A DP-LSM-el végzett mérések fontos szerepet kapnak

egy most induló európai kooperációs projektben is, ami bio-inspirált hibrid szoláris cellák létrehozását célozza.1. ábra: Vad típusú és mutáns muslica dajkasejt gyűrűcsatornák fluoreszcencia intenzitás és anizot-rópiás képei

2. ábra: Növényi sejtfal fluoreszcencia intenzitás és anizotrópiás (FDLD) konfokális képei


A most folyó fejlesztés eredményeként a DP ki-egészítő egység illeszthetővé válik a legtöbb új-gene-rációs LSMre. Ennek köszönhetően várható a tech-nika elterjedése és további alkalmazások elsősorban a biológia és az anyagtudományok területén.

sejtosztódásI és stressz adaptácIós csoport

sTresszTŰrés Fokozása ProTekTÍV enzImekkel

Témavezető: dr. Horváth gáborTel.: 62-599-707E-mail: [email protected]

110

nö

vén

yBIo

lóg

Ia

A gazdasági haszonnövények termésmennyiségét és termésbiztonságát számottevően csökkentik a külön-böző környezeti stresszhatások (például a vízhiány, túl magas vagy alacsony hőmérséklet, UV-B sugár-zás), ezért a mezőgazdaságban folyamatos igény van stressztűrő növények nemesítésére és a géntechno-lógia eszközeivel történő előállítására. Mivel a kü-lönböző környezeti stresszhatások közös jellemzője, hogy a sejtekben a reaktív oxigén spécieszek (ROS) és ezek toxikus reakciótermékeinek koncentrációját megnövelik, ezért azok a stratégiák, melyek ezen ve-gyületek „eltüntetésére”, a méregtelenítésre irányul-nak, alkalmasak a növények stressztűrő képességének megnövelésére. Több enzim vagy enzimrendszer ha-tékonysága már bizonyított, ilyenek a glioxaláz rend-szer fehérjéi és az alkenál reduktázok. Saját kutatási eredményeink a növényi aldo/keto reduktáz fehérjék-nek a növényi stresszválaszban betöltött fontos szere-pét bizonyítják. Ezek a széles szubsztrát specificitású méregtelenítő enzimek reagálnak a lipid peroxidá-cióból származó reaktív aldehid molekulákkal. Az enzimcsalád egyes tagjai a cukoralkoholok keletke-zését is katalizálják, így olyan vegyületeket állítanak elő, melyek alacsony koncentrációban gyökfogóként, magas koncentrációban pedig a szárazságstressz ki-védését szolgáló ozmotikumként funkcionálnak. Csoportunkban lucernából olyan aldóz reduktázt kódoló gént (MsALR) izoláltunk, melynek kifejező-dése indukálódott különféle stresszkezelések hatá-sára. Az enzim védőfunkcióját úgy igazoltuk, hogy transzgenikus dohány-növényeket hoztunk létre, me-lyek nagy mennyiségben termelték a lucerna MsALR fehérjét. Számos vizsgálat eredményével bizonyítot-tuk, hogy az így kapott dohányok megnövekedett

stressztűrő képességgel rendelkeznek. Ezekre az eredményekre alapozva kezdtük meg a technológia alkalmazását olyan gazdaságilag fontos haszon-nö-vényben, mint a búza, az árpa és a kukorica.

a reaktív aldehidekkel reagáló védőfehérjék termelése növeli a stressztűrő képességet.


A különféle védőfehérjék kombinálásával tovább fo-kozható a növények környezeti stresszhatásokkal szembeni tűrőképessége. Az aszálytűrő búza- és ár-pafajták molekuláris genetikai vizsgálatával megha-tározhatjuk azt, hogy milyen védőfehérjék fokozott termelése kapcsolatos a jó szárazságtűréssel, ezt fel-használhatjuk a továbbiakban az irányított nemesítés-ben. Fontos kutatási irány annak bizonyítása, hogy a stratégia alkalmazható-e a növényi vírus, baktérium és gomba kártevőkkel szembeni rezisztencia fokozá-sára is. Új kutatási területünk a tisztított protektív fe-hérjék felhasználása a humán gyógyászatban.


szárazságadaPTáCIó gaBonaFélékBen

Témavezető: dr. györgyey jánosTel.: 62-599-707E-mail: [email protected]

111

nö

vén

yBIo

lóg

Ia

Az első szárazföldi növények kialakulása óta alapve-tő feladat számukra, hogy megelőzzék sejtjeik vég-zetes és visszafordítha tatlan kiszáradását. Az elmúlt sokmillió év során erre számos különböző, egymást kiegészítő megoldás, védekezési mechanizmus ala-kult ki a növényekben.

A sejtszintű védekezés során termelnek vizet megtartó anyagokat (egyes cukrokat, aminosavakat stb.); olyan fehérjéket, amelyek gátolják a létfontossá-gú enzimek és membránok vízvesztés okozta össze-csapódását, tönkremenetelét; továbbá olyan kismo-lekulákat és enzimeket, melyek az ilyenkor keletkező reaktív szabad gyökök okozta oxidatív károsodástól is védik a sejteket. Ilyen védekezési folyamatok ját-szódnak le a kiszáradó, de csíraképességüket hosszú évekig megőrző magvakban is.

A teljes élőlény szintjén is több módon óvja magát a növény: gázcserenyílásait napszaktól és vízellátás-tól függően nyithatja, zárhatja, párolgást akadályo-zó viaszréteget választhat ki a bőrszövete, a túlzott besugárzástól is védhetik a párát visszatartó, sőt fel-venni is képes szőrképletek. Életciklusának évszak-hoz igazításával is sok növény kerüli el a vízhiányt, ez része pl. az őszi búzák túlélési stratégiájának is. Hasonlóan nagy jelentőségű a hatékony gyökér-rendszer kifejlesztése, hiszen a vízvesztés mérséklé-se mellett az utánpótlás fokozása is esély a túlélésre. Ennek érdekében egyes búzafajtáknak megváltoznak a fejlődési arányai is: aszályos körülmények között erősen visszafogják hajtásfejlődésüket, ugyanakkor, fenntartják a gyökérnövekedést.

Kísérleti rendszerünkben ez utóbbira keressük a választ funkcionális genomikai módszerekkel: a gabonák – elsősorban a búza – gyökérzetében mely

gének működésében és milyen változás áll be a szá-razságadaptáció, és az ezt kísérő fejlődési változások során. Ettől várjuk azt, hogy megértsük, mi a mole-kuláris alapja annak, hogy egyes búzafajták rosszul alkalmazkodnak a szárazsághoz, mások alapvetően menekülő stratégiát követnek, míg az ebből a szem-pontból legértékesebb termesztett fajták a növény normális életműködéseit fenntartva képesek elfo-gadható termést hozni erősen korlátozott vízellátás mellett is.

eltérő módon adaptálódó bú-zák gyökér-fejlődése korlátozott (40%) és normál vízellátás (80%)mellett.


Annak, hogy feltárjuk a növények szárazságadap-tációját megalapozó génexpressziós változásokat és megismerjünk új géneket, melyek ebben a folyamat-ban részt vesznek, több szempontból is jelentősége van. Egyrészt a vizsgált biológiai alapkérdésnek a mélyebb megértéséhez kerülünk közelebb, másrészt két módon is segítjük a gyakorlati nemesítő munkát: a megismert szárazság-adaptációt segítő gének, gén-variánsok molekuláris markerként szolgálva segítik a szárazságtűrő fajták szelekcióját, ezzel gyorsítják a klasszikus nemesítést; illetve ilyen géneket visszajut-tatva az érzékeny fajtákba, lehetőségünk lesz a szá-razságtűrés célzott javítására is.


génCsIllaPÍTás szInTeTIkus olIgonukleoTIdok alkalmazásáVal nÖVényekBen

Témavezető: dr. Bottka sándorTel.: 62-599-70217E-mail: [email protected]

112

nö

vén

yBIo

lóg

Ia

A kémiai szintézis útján előállított rövid nukle-insav-szakaszok, azaz oligonukleotidok nélkü-lözhetetlenek a génszerkezet elemzéséhez. Ezek a molekulák azonban az élő sejtben, illetve szerve-zetben is kölcsönhatásba léphetnek a nukleinsav metabolizmus során keletkező molekulákkal. Ez a kölcsönhatás, amely többnyire génkifejeződés gátlást eredményez az öröklődés molekuláris sza-bályai során megismert általános bázispárosodási elveken alapul. Ezért egy adott gén bázissorrend-jének ismeretében olyan oligonukleotidokat ál-líthatunk elő, amelyek szelektíven csak a célzott génre hatnak. Ez a megközelítés, amely antiszensz gátlás néven vált ismertté, a humán genomikai és a gyógyászati kutatásokban széleskörű alkalma-zásra talált.

A növények körében a zonba n sz intet i kus oligonukleotidok alkalmazására ezideig szinte egyálta-lán nem került sor. Célkitűzésünk az volt, hogy meg-vizsgáljuk az antiszensz oligonukleotidok felhasználási lehetőségeit a növénybiológia területén is. A növényi alkalmazások körében alapvető nehézséget jelent a nö-vényi sejtfal jelenléte, ami lehetetlenné teszi vagy igen megnehezíti a vizsgálandó molekulák bejutását. Ezért széles körben vizsgáltuk az oligonukleotidok bejuttatá-sának módjait. Fluoreszcens jelölés útján demonstrál-tuk, hogy különböző sebzési utakon keresztül a mole-kulák a szállítónyalábokba és onnan a sejtekbe jutnak. A jól mérhető hatást kifejtő riportergének ellen terve-zett antiszenz oligonukleotidjaink szelektíven gátolták a génkifejeződést, bizonyítva ezzel, hogy a módszer nö-vények körében is felhasználható.


113

nö

vén

yBIo

lóg

Ia

Előá l l ítot tunk olyan kémiai módosításokat tartalmazó oligonukleotidokat, amelyek bioló-gia i élet tar tama lega lább eg y nag yságrenddel megnövekedett, ugyanakkor bázispár-képzési po-tenciáljuk nem változott. Ezek a kémiai analógok hatékonyabban csillapították a búza fotoszintézis rendszer egyes génjeinek kifejeződését, mint termé-szetes szerkezetű párjaik.


Célunk, hogy az antiszenz oligonukleotidokat a növénygenomikai kutatások á lta lánosan hasz-nálható, hatékony eszközévé tegyük. Újabb ké-miai módosítások beépítésével vizsgáljuk a cél-zott mutációkeltés lehetőségeit. Módszerünk ily módon lehetővé teheti a kutatott gének szelektív, reverzibilis avagy irreverzibilis csi l lapítását, és hozzájárulhat az adott gén élettani szerepének megállapításához. Az új genomikai ismeretek a haszonnövények nemesítésében találnak közvetlen és gyors gyakorlati alkalmazásra.

a/ fluoreszcens jelöléssel ellátott oligonukleotid felvétele búza-levélen

B/ fotoszintézis gátlás antiszensz oligonukleotiddal búzalevélen

a B


TermésÖsszeTeVŐk oPTImalIzálása a sejTek oszTódásának szaBályozásáVal

Témavezető: dr. dudits dénes Tel.: 62-599-768E-mail: [email protected]

114

nö

vén

yBIo

lóg

Ia

A betakarított búzaszem mérete, felépítése elsőd-legesen függ a megtermékenyítést követő osztódá-sok során kialakult sejtszámtól. Hasonlóan fontos agronómiai sajátosság a gyökerek növekedése a ki-száradt, vízszegény talajban. A sejtek osztódási ké-pességének fennmaradása az aszály okozta stressz körülményei között hozzájárulhat a termésbizton-sághoz.

1. növényi retinoblasztoma-szerű fehérjék

A növények esetében az osztódási ciklust szabályo-zó molekuláris folyamatok megismerésében jelentős előrehaladás történt az utóbbi évtizedekben. A sej-tek osztódásának befolyásolásában mind több gén és fehérjekomplex szerepe tisztázódik, és ezzel lehe-tővé válik új géntechnológiai stratégiák kidolgozása a növénytermesztés sikerének megalapozása érde-kében. Laboratóriumunk különösen fontos szabá-lyozó komponensnek tekinti a retinoblasztoma (Rb) tumorgátló fehérjék növényi homológjait. Kiemelt figyelmet érdemel az a tény, hogy amíg a kétszikű növények genomjában egyetlen Rb gén azonosítható, addig az egyszikű fűfélék mint a búza és a rizs két, működésben eltérő Rb génnel rendelkeznek. A rizs Rb gének klónozásával lehetővé tettük rizs GM nö-vények előállítását, amelyekben csökkent az Rb1 gén kifejeződése. A CropDesign (Gent, Belgium) biotech-

nológiai céggel közösen végzett kutatások igazolták a rizsvonalak jobb tulajdonságait (1. Táblázat).

Tulajdonságok Cisz-gén + Cisz-gén -

Átlagos levélfelület (mm2) 29724 21302

Növénymagasság (mm) 707 681

Növényenkénti szemszám (db) 105,8 52,4

Átlagos magméret (pixel) 2404,68 2385,83

Magsúly (g) 2,397 1,18

1. Táblázat. Az Rbr;1 gén kifejeződésének mér-séklése javítja a rizs genotípus agronómiai bélyegeit.

Ezek a megfigyelések stabil alapot adnak ahhoz, hogy egy OTKA pályázat támogatásával kiterjedt K+F programot indítsunk az Rb fehérjékhez kötődő szabá-lyozó rendszerek megismerésére, és a hálózat egyes ele-meinek módosításával érjünk el előnyös változásokat. Az Rb fehérjék foszforiláltságuktól függően szabályoz-zák számos osztódási gén működését. Igazoltuk, hogy a ciklin-függő növényi kinázok (CDK) képesek az Rb fehérjét foszforilálni. Kimutattuk az Rb fehérjék köl-csönhatását foszfatázregulátor alegységekkel. Ezek az adatok mind segíthetik az Rb funkció megváltoztatását eredményező génbeépítési megoldások kidolgozását.


115

nö

vén

yBIo

lóg

Ia

2. ciklin-függő kinázt gátló fehérjék (krp)

Mai tudásunk alapján biztosan állíthatjuk, hogy a nö-vényi KRP fehérjék központi szerepet játszanak a sejt-ciklus szabályozásában, a sejtméret kialakulásában, az endoreduplikációban, a programozott sejthalálban és a különböző szervek, mint a levél és a virág kiala-kulásában. Mivel a gének kifejeződésének vizsgála-ta gyakorta közelebb visz funkciójuk megértéséhez, részletesen analizáltuk egy, a lucernából származó CDK-gátló fehérje génjének (KRPMt) a működését. Azt tapasztaltuk, hogy növényi stresszhormonnal, az abszcizinsavval (ABS) kezelve a lucerna sejtszusz-penziót csaknem nyolcszorosára emelkedett az mRNS szint (1. ábra). Nem meglepő az sem, hogy a só stresszre is jelentősen megemelkedett a KRPMt gén kifejeződése, mintegy tizenötszörös mértékben. Is-mert, hogy az abszcizinsav (ABS) sok stresszszignál közvetítésében vesz részt, többek között az ozmoti-kus- és sóstresszében is. A KRPMt gén működésének fokozódása a stresszelt sejtekben, illetve az ABS okoz-ta ciklin-függő kinázaktivitás csökkenése közötti ösz-szefüggés alapján önként adódik a feltételezés, hogy a környezeti stressszhatások és a sejtosztódás leállítá-sa közötti fontos kapcsolóelem éppen a ciklin-függő kinázt gátló (KRP) fehérje. A növényekben a Ca2+-közvetített jelátviteli utak és a sejtciklust összekap-csoló molekulák még nem ismertek. A sok lehetséges szabályzó rendszer közül eddigi eredményeink alap-ján azt valószínűsíthetjük, hogy a lucerna Ca2+-függő, kalmodulin-független kináz, az ún. kalmodulin-szerű doménfehérje kináz (MsCPK3) képes fokozni a KRPMt fehérje gátló képességét. Kimutattuk, hogy

a lucerna KRP fehérje Ca2+-függő MsCPK3 kináz általi foszforilációja kisebb CDK-aktivitást eredmé-nyezett, feltételezhetően így akadályozva meg a sejtek osztódási ciklusban való előrehaladását. A környeze-ti stresszhatások jelátviteli mechanizmusai, illetve az abszcizinsav és a kalciumionok koncentrációjának megváltozása által szabályozott sejtosztódási folyamat analízise közelebb vezet a gyakorlati alkalmazáshoz, különösképpen az aszálystressz körülményei között a termésbiztonság növelését szolgáló géntechnológiai stratégiák kidolgozásához.

1.ábra a lucerna krP gén kifejeződése megnő só- és abszcizinsav-

kezelés hatására.


A növényi sejtosztódás alapvető szabályozóinak megváltoztatásával és az előállított GM-növények agronómiai jellemzésével tovább szélesítjük a job-bító technológiák alkalmazását a folyó nemesítési programokban.

FunkcIonálIs sejtBIológIa csoport

a nÖVényI egyedFejlŐdés szaBályozásának sajáTosságaI

Témavezető: dr. Fehér attilaTel.: 62-599-701E-mail: [email protected]

116

nö

vén

yBIo

lóg

Ia

Az állatok és a növények életmódja, szósze-rint értve is, „gyökeresen” eltér. Míg az állatok képesek aktív hely-változtatásra, addig a növények helyhez kötött életmó-dot folytatnak. Ennek köszönhető, hogy a növények szervezete állandóan alakul, változik. Míg a magasabb rendű állatok jellegzetes szervei már az embrionális fejlődés során kialakulnak, és ezek száma és alapvető formája a későbbiekben nem változik, addig a szerv-képződés a növények egész élete alatt folyamatos. A tápanyagok, a víz elérése megköveteli új gyökérelága-zások kialakulását, a hajtások elágazva a fény felé töre-kednek, és „szükség szerint” leveleket vagy virágokat fejlesztenek. A növényevők és egyéb károsító hatások elől elmenekülni képtelen növények a lerágott, lelegelt, letört, leégett levelek, ágak, gyökerek helyett újabbakat tudnak növeszteni. Hogyan lehetséges ez? Úgy, hogy a növények olyan speciális sejtcsoportokat tartanak fenn, amelyek megtartják osztódó (szaporodó) képességüket. Ezek a sejtcsoportok az úgynevezett merisztémák („rü-gyek”). De nem csak a merisztémákban csoportosuló növényi sejtek képesek osztódni, hanem szinte bárme-lyik növényi sejt osztódásra bírható. Ezzel szemben a kifejlett állatok testét felépítő sejtek többsége véglegesen elveszti képességét az osztódásra. Sőt, ha valamely ok-ból azt mégis visszaszerzi, kóros folyamatok indulnak el, melyek eredménye a rákos daganatok kialakulása, amely a sejtek közötti összhang megbontásával a szer-vezet pusztulását eredményezi. A növények esetében is létrejöhetnek sejtburjánzások, például sebzés, egyes kórokozók, vagy élősködők hatására (gondoljunk a „gubacsokra” például). Ez azonban a növényi szervezet egészének működésére nincs olyan drasztikus hatással,

mint az állatok esetében. A növények világában a „rák” nem végzetes betegség.

Kutatócsoportunkban néhány olyan molekuláris folyamatot vizsgálunk, amelyek a környezeti hatások és a növényi egyedfejlődés közötti kapcsolatot bizto-sítják. Különösen azokra vagyunk kíváncsiak, ame-lyek a növények és az állatok esetében különböznek, és felelősek lehetnek a növényi egyedfejlődés rugal-masságáért. Ide tartoznak például a „receptor kináz” molekulák, amelyek a sejt környezetéből érkező je-leket a sejten belül érzékelhető és továbbítható jellé alakítják oly módon, hogy bizonyos célfehérjékre foszfor csoportot kapcsolnak, így megváltoztatva annak szerkezetét és funkcióját, illetve egyes „GTP-kötő” fehérjék, amelyek molekuláris kapcsolóként ki-be kapcsolják ezeket a „kinázokat”. Egy további általunk kutatott fehérje a gének működésének szint-jén hat úgy, hogy befolyásolja a gének „hozzáférhető-ségét” a szabályozó faktorok számára.


Ezek az ismeretek hozzájárulhatnak olyan új nö-vényfajták nemesítéséhez (akár hagyományos akár géntechnológiai módszerekkel), melyek fokozottan képesek ellenállni a környezeti változásoknak, illet-ve amelyek fejlődése jobban megfelel az emberi cé-loknak. Az egyik általunk vizsgált fehérje szintjének mesterséges megemelése pl. rizs növényekben mint-egy 15-20%-os termésnövekedést eredményezett la-boratóriumi és szántóföldi kísérletekben egyaránt. Az eljárást nemzetközi szabadalom védi.


megTermékenyÍTés és emBrIóFejlŐdés nÖVényekBen

Témavezető: dr. Fehér attila

117

nö

vén

yBIo

lóg

Ia

Az állati szervezetekben a sejtek sorsa „eleve elrendelte-tett” az egyedfejlődési program által megszabott módon. Csak bizonyos, a szervezet által megkövetelt funkciók el-látására képesek. Ez alól csak néhány sejttípus a kivétel. A növények testi sejtjei azonban átprogramozhatóak. Érdekes módon, nem csak a növények helyhez kötöttek, hanem maguk a sejtjeik is. Míg az állati sejtek egy része képes arra, hogy a szervezeten belül vándorolva jusson el arra a helyre ahol működésére szükség van, illetve ahol az egyedfejlődési program szerint egy meghatározott sejttípussá kell alakulnia („differenciálódnia”), addig a növényi sejtek szilárd sejtfala megakadályoz mindenfajta helyváltoztatást. A növényi sejteknek, akár csak a növé-nyek egészének, ott kell élnie vagy halnia, ahol létrejöttek. Ezzel is magyarázható, hogy a növényi sejteknek átprog-ramozhatóaknak kell maradniuk. Ha a növény például sérülést szenved, a megmaradó sejteknek kell a sebzésre válaszolniuk, akár funkciójuk teljes megváltoztatásával is. Ennek talán a legközismertebb példája a dugványok-kal való szaporítás. Ha egy ágat levágva vízbe, vagy ned-ves földbe dugunk, az ág alján lévő sejtek megváltoztatják „sorsukat”, osztódni kezdenek és „ágsejtekből” „gyökér-sejtekké” válnak. Ez a példa jól szemlélteti, hogy a növé-nyek esetében a sejtek sorsa rugalmasan változtatható. Az ebben a tekintetben talán legmeggyőzőbb bizonyítékok az ún. „apomixis” illetve a „szomatikus embriogenezis”. Az állatok esetében embrió kizárólag a megtermékenyí-tett petesejtből fejlődhet. A növényeknél nincs ilyen egy-értelmű korlát. A legkülönbözőbb növénycsaládokhoz tartozó, több mint 350 növényfaj esetében írták le, hogy megtermékenyítés nélkül is képesek embriót tartalma-zó magot létrehozni, amelyből utódok is fejlődnek. Ez az „apomixis” jelensége, amely tehát egyáltalán nem te-kinthető ritkának a növények között. Egyes növényfajok pedig ún. „elevenszülők”, azaz testükön, pl. a leveleik szé-lén embriókat hoznak létre, melyek még ott növénykévé fejlődnek, majd lehullva a talajra új egyeddé válnak. Ez a testi („szomatikus”) sejtekből kiinduló embriófejlődés („embriógenezis”). Ez a jelenség sok növényfaj esetében mesterségesen kiváltható tenyésztett sejtekben. Termé-

szetesen az „apomixis” és „szomatikus embriogenezis” eredményeként létrejött utódok a szülő tökéletes geneti-kai másolatai, azaz ezek a növények „klónozzák” önma-gukat. A növényeknél a „genetikai klónozás” természetes folyamat, amit az ember is kihasznál a növények vegetatív szaporításán keresztül (lásd pl. burgonya gumó).

Laboratóriumunkban azokat a molekuláris és élettani változásokat próbáljuk meg feltárni, amelyek közösek a szomatikus embriogenezis kiváltása és a megtermékenyítés között. Együttműködő partne-rünk az MTA Mezőgazdasági Kutatóintézete (Prof. Dr. Barnabás Beáta, Martonvásár).


Nagyon sok termesztett növényfaj (pl. a gabonafélék) termésmennyisége a megtermékenyítés sikeressé-gén múlik. Ezért ennek a folyamatnak a megisme-rése elsőrendű fontosságú. Az embriófejlődés első lépéseinek ismerete hozzájárulhat az „apomixis” molekuláris hátterének feltárásához. Az „apomixis” jelenségének kiterjesztése gazdaságilag jelentős nö-vényfajokra lehetővé tenné a kiváló egyedek gyors felszaporítását, a fajták (hibridek) magjainak év-ről évre való visszavethetőségét. A „szomatikus embriogenezis” széleskörű alkalmazása hasonló elő-nyökkel kecsegtet a növények in vitro (kémcsőben) való felszaporításán keresztül („mesterséges mag”).

osztódó, szomatikus embriogenezisre képes lucerna testi sejt és meg-termékenyített kukorica petesejt (zigóta) morfológiai hasonlósága.


a BÚzaszem BIológIája

Témavezető: dr. Fehér attila

118

nö

vén

yBIo

lóg

Ia

A növények termésmennyiségét az örökletes tulajdon-ságokon kívül a környezeti tényezők is befolyásolják. Különösen fontos a kedvezőtlen külső feltételek, így elsősorban a szárazság stressz melletti termésbizton-ság. A Kárpát-medencében hirtelen beköszöntő hőség és szárazság még az ellenállóbb fajtákon is érezteti hatását. Ennek megfelelően, a biztonságos termesztés alapja a földrajzi helynek megfelelő, ellenálló fajta ki-választása. Fontos, hogy a kalászos gabonák a külön-böző fejlődési fázisukban jól tűrjék a szárazságot. A búzaszemek fejlődése és tápanyag (szénhidrát, fehér-je) felhalmozása („szemfeltöltődés”) szintén rendkí-vül stresszérzékeny folyamatok, különösen a kezdeti stádiumban. Hazánk klímája mellett a szemfejlődés a legmelegebb és legszárazabb időszakra esik, ami ko-moly terméscsökkenést okozhat. A virágzást követő 6-14 nap közötti periódus különösen meghatározó jelentőségű a termésmennyiség szempontjából. Ekkor olyan folyamatok játszódnak le, amelyek alapvetően befolyásolják a búzaszem tápanyagokkal való feltöltő-dését. Az ebben az időszakban előforduló száraz és túl meleg időjárás egyértelműen negatív hatású a fejlődő szem tápanyagraktározó képességére.

A folyamat molekuláris hátterének tanulmá-nyozása a búza esetében különösen nehéz, hiszen a búza genetikai állománya rendkívüli méretű és ráadásul ún. hexaploid növény, azaz három nö-vényfaj genetikai állományának (genomjának) ke-veredése eredményeként jött létre. Ennek következ-tében minden génből több változat van jelen a búza genomban, amelyeknek a működése eltérő lehet. A modern ún. genomikai módszerek lehetővé teszik ma már egyszerre nagyszámú gén működésének a nyomonkövetését is. Laboratóriumunkban, az MTA Mezőgazdasági Kutatóintézetével (Prof. Dr. Bar-nabás Beáta, Martonvásár) és a szegedi Gabonater-mesztési Kht. munkatársaival (Cseuz László), ezeket a modern megközelítéseket alkalmazzuk annak a megválaszolására, hogy a környezeti tényezők (szá-razság, hő) hogyan befolyásolják a búza szem fel-

töltődésének folyamatait. Ennek során elsősorban a keményítő szintézisben szerepet játszó enzimek gén-jeinek a működését vizsgáljuk a szárazságra kevésbé illetve kifejezetten érzékeny búzafajták összehason-lításával.


Kutatásaink eredményeként olyan géneket illetve fo-lyamatokat próbálunk feltárni, amelyek a búzák szá-razságtűréséhez és a szemfeltöltődés folyamatához egyaránt kapcsolódnak. Ezzel segíteni kívánjuk a bú-zanemesítőket olyan új ún. „molekuláris markerek” illetve „agronómiai gének” azonosításával, amelyek

l e h e t ő v é t e s z i k azok na k a búza-egyedeknek a korai kiválasztását, ame-lyek a szemfeltöl-tődés tekintetében kevésbé érzékenyek a v ízhiánnya l és hőséggel szemben.

különböző fejlődési pe-riódusban alkalmazott szá razság és hőstressz együttes hatása a búzakalász fejlődésére (Barnabás Beáta és jäger katalin kísérle-te, mTa mgkI).

növényI lIpId FunkcIó és szerkezet csoport

anIonos (negaTÍV TÖlTésŰ) lIPIdek szerePe FoToszInTeTIkus szerVezeTek éleTFolyamaTaIBan

Témavezető: dr. gombos zoltánTel.: 62-599-704E-mail: [email protected]

119

nö

vén

yBIo

lóg

Ia

Létrehoztunk foszfatidilglicerin (FG) szintézisében gátolt cianobaktérium mutánsokat. Ezekben a lipid mutánsokban tanulmányoztuk az FG fotoszinteti-kus folyamatokban betöltött szerepét. Eredményeink megerősítették azt, hogy a fotoszintetikus membrá-nok egyetlen foszfáttartalmú lipidje az egyes és ket-tes fotokémiai rendszerekben is meghatározó szere-pet játszik. Az egyes fotokémiai rendszerben az FG molekulák szerepe elsősorban szerkezeti: meghatá-rozó jelentőségű a trimer szerkezet kialakításában. A kettes fotokémiai rendszerben az FG funkcionális szerepét mutattuk ki. Megállapítottuk, hogy a kettes fotokémiai rendszerben az elektron transzportlánc akceptor oldalán érvényesül a funkcionális jelentősé-ge. Nélküle az energia továbbadása lelassul, és hosz-szabb FG kiürülés esetén gátolt. Ez a gátlás együtt jár a cianobaktérium sejtek fénnyel szembeni érzé-kenységének növekedésével. Ezekkel a méréseinkkel a fény és alacsony hőmérséklet stresszek molekulá-ris szintű folyamatait szeretnénk felderíteni. Ez a cianobakteriális modell a magasabb rendű növények stresszfiziológiájának megértését teszi lehetővé.

Az egyes fotokémiai reakció centrumok trimer szer-kezete FG hiányában monomer szerkezetűvé alakul.


Újabban az FG cianobakteriális sejtosztódásában betöltött szerepét igyekszünk meghatározni, és ezen az úton továbbhaladva igyekszünk felderíteni a lipidek szerepét a kloroplasztisz osztódásában. Ki-mutattuk, hogy az osztódási gyűrű kialakításában az FG-nek meghatározó szerepe van. A fehérje lipid kölcsönhatások sejtfunkciókban betöltött jelentősé-gét vizsgáljuk.


BIodÍzel elŐállÍTás algák segÍTségéVel

Témavezető: dr. kis MihályTel.: 62-599-704E-mail: [email protected]

120

nö

vén

yBIo

lóg

Ia

A modern civilizációk jelenleg szinte teljesen a fosz-szilis eredetű (szén, kőolaj, földgáz) energiahordo-zók elégetéséből származó energiától függenek. Ezek mennyisége azonban véges, és ráadásul az elégetés során felszabaduló gázok, legnagyobb mennyiségben a szén-dioxid, a levegőbe kerülve fokozzák a földi légkör üvegházhatását. A legáltalánosabban elfoga-dott vélemény szerint nagyrészt ez a felelős a globá-lis felmelegedésért. A problémára a megújuló ener-giaforrások növekvő mértékű felhasználása lehet az egyik válasz. Megújulónak nevezzük azokat az ener-giaforrásokat, amelyek folyamatosan rendelkezésre állnak, vagy belátható időn belül újratermelődnek. A fotoszintetizáló élőlények a nap energiájának fel-használásával, széndioxidból és vízből szerves anya-gokat állítanak elő. A mikroszkopikus méretű algák is ilyenek. Ráadásul egyes típusaikban az előállított szerves anyag egy jelentős része olyan olaj, mely biodízelként használható.

A Balatoni Limnológiai Kutatóintézet kutatóival együttműködve elsősorban magyarországi algákat gyűjtünk, és megvizsgáljuk olajtartalmukat. A te-nyésztési körülmények optimalizálásával, valamint anyagcseréjük módosításával gyorsan növő nagy olajtartalmú törzseket hozunk létre.


Nagy teljesítményű fermentorokat kifejlesztve, és azokban a biodízel termelésére képes algákat nagy mennyiségben tenyésztve, a többi bioüzemanyaggal versenyképes termék állítható elő.

Tovább növelheti a gazdaságosságot, ha a fosszilis energia-hordozók elégetése során keletkező széndi-oxidot használjuk fel a tenyésztés során. Ez egyút-tal csökkenti a környezetbe kerülő legveszélyesebb üvegházhatású gáz mennyiségét is, ami a környezet megóvása szempontjából kiemelkedően fontos.


a gaBonaFélék Fagyállóságának nÖVelése

Témavezető: dr. kis Mihály

121

nö

vén

yBIo

lóg

Ia

A búza az emberiség legfontosabb kultúrnövé-nye, a világon a legnagyobb területen termesztett gabonaféle. Az élelmezésben játszott kiemelkedő szerepével csak a rizs vetélkedhet. Élelmiszerként legnagyobbrészt kenyeret készítenek belőle. A bú-zakenyér még ma is a magyarság alapvető élelmi-szere. Ezért is olyan jelentős ágazata mezőgazda-ságunknak a búzatermesztés, amelynek mindenki által elvárt feladata, hogy a hazai termelés biztosít-sa a hazai kenyérgabona-szükségletet. Magyaror-szág búza-vetésterületén majdnem kizárólagosan őszi búzát termesztenek. Ennek oka, hogy nálunk a kontinentális éghajlat következtében az őszi ga-bonafélék 15-25%-kal többet teremnek a tavaszi-aknál. Ráadásul termesztésük nemcsak gazdasá-gosabb, hanem környezetkímélőbb is. Azonban a növényeknek képeseknek kell lenniük elviselni a tél viszontagságait amelyek közül az egyik legveszélye-sebb a fagypont alatti hőmérséklet. Sok mérsékelt égövi növényfaj fagytűrő képessége megnövekszik alacsony, de fagypont feletti hőmérséklet hatására. Ezt a jelenséget hidegedződésnek hívjuk. Az edző-dés folyamatának megismerése igen fontos, mert e tudás birtokában feltehetően növelhető a mezőgaz-dasági szempontból fontos növények fagyállósága. Fagytűrésükben központi szerepe van a sejtmemb-ránoknak és különösen a plazmamembránnak. A csökkenő hőmérséklet veszélyezteti a membránok szerkezetét és működőképességét. Védekezésül a

növények a hidegedződés során megváltoztatják membránjaik lipidösszetételét. Ez magában foglalja egyes lipidek lebontását, valamint mások szintézi-sét és membránba építését is.

Az MTA Mezőgazdasági Kutatóintézetében, Martonvásáron, a fagyállóság kutatása több mint 20-éves múltra tekint vissza.

Csoportunk, az MTA SZBK Növényélettani inté-zetében alakult Növényi Lipid Funkció és Szerkezet Csoport a növényeket érő káros környezeti hatások által kiváltott membránszerkezeti változások vizsgá-latában szerzett gyakorlatot.

A két intézet együttműködésében célunk, hogy feltárjuk a lipidek anyagcseréjének a fagyállóságban betöltött szerepét. A következő kérdésekre keressük a választ:

– a hidegedződés során megváltozott lipidösszetétel hogyan hat a membránok szerkezetére?

– a megváltozott szerkezet hogyan befolyásolja működésének hőmérséklet függését?


Célunk a lipidanyagcserében szerepet játszó új gé-nek felfedezése és jellemzése. Az azonosított gének a későbbiek során lehetővé tehetik a fagyállóság növe-lését a molekuláris genetika eszköztárának alkalma-zásával. A gének térképezése segítheti a nemesítést a kívánt gének tervezhető átvitelével.

arabiDopsis molekulárIs genetIkaI csoport

a ProlIn és a nÖVények szárazságTŰrése

Témavezetők:dr. szabados lászlóTel.: 62-599-715 E-mail: [email protected]

dr. ábrahám editTel.: 62-599-600/514


122

nö

vén

yBIo

lóg

Ia

A szárazság és a szikesedés prolin felhalmozódást ered-ményez a virágos növényekben. Az elmúlt évek során izoláltuk a prolin bioszintézisét meghatározó P5CS1 és P5CS2 géneket, és tanulmányoztuk a génműködés szabályozásának különböző aspektusait. Megállapí-tottuk, hogy a két P5CS gén meglehetősen eltérő sza-bályozás alatt áll. A P5CS1 gén aktivitása a szárazság vagy só stressz során sokszorosára nő, és ezt az induk-ciót többféle növényi hormon, például az abszcizinsav (ABA) befolyásolja. A P5CS2 gén működése inkább folyamatos jellegű, de bizonyos bakteriális fertőzések-re magasabb lesz a szintje. A normális génműködést megakadályozó mutánsok segítségével bebizonyítot-tuk, hogy a P5CS1 gén jelenléte elengedhetetlen a szá-razság során megfigyelhető prolin felhalmozódásához, míg a P5CS2 gén a normális életműködéshez elenged-hetetlen, mivel mutációja az embriók, illetve a fejlő-dő magvak elpusztulásához vezet. A p5cs1 mutánsok szárazság és só érzékenyek, fokozott sejtkárosodás jel-lemző rájuk. A prolin felhalmozódás tehát igen fontos a megfelelő szárazságtűrés, illetve a szikes talajokon a növény túlélése szempontjából. A mutánsok mellett olyan növényeket is létrehoztunk, amelyekben a prolin koncentrációja magasabb a normális növényeknél. Az ilyen növények némileg megnövekedett só és szárazság ellenállóképességet mutattak.

Egy zöld fluoreszcenciát mutató, mikroszkópban megfigyelhető fehérjét (GFP) kapcsoltunk a P5CS fehérjékhez, és ezek segítségével kimutattuk, hogy a P5CS fehérjék jelen vannak a gyökérben, levélben, virágban illetve az embriókban is. A levél sejtekben

mindkét fehérje elsősorban a citoplazmában látható, de a sejten belül a sejt állapotától függően vándorol-nak a citoplazma és a zöld kloroplasztiszok között.

a prolin bioszintézist szabályozó, zöld fluoreszcens proteinnel (gfP) jelölt P5Cs enzimek felhalmozódása a virágbimbóban, virág-ban, portokban és embrióban.

továbbfejlesztés, hasznosítás, felhasználásCélzottan megemelt, és megfelelő módon szabá-lyozott prolin felhalmozódás a só és szárazságtűrés növekedését eredményezheti. Ehhez mind a bioszin-tetikus, mind a lebomlást szabályozó géneket, enzi-meket módosítani kell, és lehetővé tenni, hogy csak megfelelő körülmények között kapcsoljon be a pro-lin felhalmozó biokémiai mechanizmus.


Új módszerek a só és szárazságTŰrésT BeFolyásoló gének azonosÍTására

123

nö

vén

yBIo

lóg

Ia

A munkánk célja olyan, eddig még nem, vagy kevés-bé ismert stressz gének azonosítása, amelyek valami-lyen módon szabályozzák a szárazság és só (szikese-dés) tűrést. Egy új molekuláris genetikai módszert dolgoztunk ki, amellyel véletlenszerűen nagyszá-mú gént tudunk egyik növényből a másikba vinni, és tesztelni. Megnövekedett só rezisztenciát vagy szárazságtűrést mutató növényekből molekuláris módszerekkel izoláljuk a stressz géneket, és ezeket többféle növény fajban újra teszteljük. A módszer le-hetőséget ad arra is, hogy szárazságűrő vagy magas sótűréssel rendelkező növény fajokban találjuk meg azokat a kivételesen fontos géneket, amik ezen fajok stressztűréséhez elengedhetetlenek. Ilyen például a sziki zsázsa nevű, az alföldi szikeseken élő keresztes virágú növény, vagy a Thellungiella nevű, Kínából származó növény, ami az eddig ismert legmagasabb szintű sótűréssel rendelkezik, ugyanakkor a repce és a káposztafélék rokona. A munkánk eredményeként több olyan stressz gént izoláltunk, amelyek egyértel-műen fontosak a só ellenállóképesség szempontjá-ból, illetve az abszcizinsav (ABA) érzékenység mó-dosítása révén a szárazságtűrést is befolyásolják. Új, eddig nem jellemzett vagy alig ismert, génműködést szabályozó faktorokat, hősokk fehérjét vagy a jelát-vitelben fontos szabályozó funkciókat betöltő fehér-jéket kódoló géneket találtunk. Ezeknek a géneknek a tesztelését jelenleg az Arabidopsis (lúdfű) modell-növényen végezzük. Reményeink szerint az alkalma-zott módszerrel sikerül olyan Thellungiella, esetleg más fajokból származó géneket is azonosítani, ame-lyek segítenek a só és más környezeti stresszhez való alkalmazkodó képesség javításában.

magas só jelenlétében növekedő, só rezisztenciát mutató Arabidopsis csí-ranövény a vad típusú, át-lagos érzékenységgel ren-delkező, kifehéredett és elpusztult csíranövények között.

A só rezisztenciát egy eddig ismeretlen

működésű transzkripciós faktor okozza, amit labo-ratóriumunkban azonosítottunk


Az olajrepce (Brassica oleracea) közeli rokona az Arabidopsis és a Thellungiella fajoknak. Ezért a mo-dellként alkalmazott növényfajokon kapott kutatási eredmények jó eséllyel alkalmazhatók a repce nemesí-tésénél. A jellemzett Arabidopsis és Thellungiella stressz gének repcében történő tesztelése fontos gyakorlati fel-használást eredményezhet: azok a gének, amelyek egy modell fajban segítik a környezeti stresszel szembeni ellenállóképességet, valószínűleg a termesztett rokon növényfaj stressz toleranciáját is megnövelik.

Témavezető:dr. szabados lászló

stressztűrő, illetve modell növényből származó gének felhasználá-sa a repce stressztűrő képességének javítása céljából.

a mITokondrIálIs FolyamaTok szerePe nÖVényI sTressz reakCIókBan

124

nö

vén

yBIo

lóg

Ia

A korábbi T-DNS inszerciós mutagenezis progra-munk során azonosítottunk egy lassú növekedésű mutánst, amiben az inszerció egy PPR domén fehér-jét kódoló génbe épült be. A mutáns megnövekedett érzékenységet mutatott só és ozmotikus stresszre, valamint hiperszenzitív volt ABA kezelésre is. A megnövekedett H2O2 és prolin tartalom, valamint a lipid peroxidáció szintjének megnövekedése arra utal, hogy a mutáció a stresszválaszt befolyásoló szabályozási rendszert változtatja meg. A gén által kódolt fehérjét a mitokondriumban sikerült loka-lizálni. Kimutattuk, hogy a fehérje a légzési lánc III. komplexéhez kapcsolódik. A mutánsban a lég-zés hatékonysága 40%-ra esett vissza, valószínüleg ezzel kapcsolatos a megnövekedett reaktív oxigén termelés és környezeti stresszre való érzékenység. Kutatásainkat a mitokondriális légzés és oxidatív

foszforiláció, valamint a stresszválasz és ABA sza-bályozás kapcsolatának további vizsgálatával kí-vánjuk folytatni.

a vadtípusú, PPr fehérjét hordozó Arabidopsis (Col-0) és egy PPr fehérjét túltermelő, megemelt stressz toleranciával rendelkező vo-nal összehasonlító (Col/BC7) csírázási tesztje.


Témavezetők:dr. szabados lászlóTel.: 62-599-715 E-mail: [email protected]

zsigmond lauraTel.: 62-599-703



Témavezetők: dr. Cséplő ágnes Tel.: 62-599-703E-mail: [email protected]

rigó gáborTel.: 62-599-703


az snrk2 és Crk TÍPusÚ kInázok szerePe a sTressz reakCIók szaBályozásáBan

125

nö

vén

yBIo

lóg

Ia

A fehérje foszforiláció a poszt transzlációs szabályo-zás, illetve jelátvitel fontos eleme. Csoportunkban az elmúlt években részletesen tanulmányoztuk a CDPK kinázokhoz közeli CRK típusú kinázok működését, mivel a géncsoport által kódolt egyik kinázt a cu-kor és ABA jelátvitelben, valamint fehérje lebontás-ban fontos szerepet játszó PRL1 fehérje kölcsönható partnereként azonosítottuk. Az inszerciós mutánsok analízise révén kiderült, hogy a CRK5 kináz nem csak a stressz jelátvitelben, hanem valószínűleg a geotrópikus válasz szabályozásában is résztvesz.

A SNF1 típusú 2. csoportba tartozó protein kinázok (SnRK2) több tagja a környezeti stresszválasz szabályo-zásában vesz részt. Egy összehasonlító vizsgálat kere-tében T-DNS inszerciós mutánsokat azonosítottunk az összes SnRK2 génre, és elvégeztük a mutánsok előzetes

morfológiai vizsgálatát. A már ismert ost1 mutáns mel-lett több mutánsról derült ki, hogy bizonyos fokú ABA vagy stressz érzékenységet mutatnak. Az eddig nem jellemzett SnRK2.10 gén mutációja például enyhe ABA érzékenységgel járt. További vizsgálataink a kinázok szubsztrátjainak azonosítására illetve a sejten belüli lo-kalizáció meghatározására irányulnak.

a Crk5 protein lokalizálása Arabidopsis gyökércsúcsban

dr. szabados lászló

magyar – német stresszgenomIkaI laBoratórIum

szárazságTŰrésBen szerePeT jáTszó génjelÖlTek asszoCIáCIós (allél-Társulás) VIzsgálaTa árPáBan

Témavezető: dr. Törjék ottó Tel.: 62-599-723 E-mail: [email protected]

126

nö

vén

yBIo

lóg

Ia

Magyarországon rendszerint a szemtelítődés ide-jén jelentkező szárazság okozza a legnagyobb ter-méskiesést gabonafélékben. Az árpatermesztésben nagy termőképességű és egyben szárazságtűrő faj-ták nemesítésével lehet az aszálykárokat legsikere-sebben enyhíteni. Ennek előfeltétele a szárazságtű-résben szerepet játszó számos genetikai faktor és a természetes populációkban meglévő génvariánsai-nak ismerete. Az utóbbi évtizedben génexpressziós kísérletekben, mennyiségi jellegek térképezésével, valamint ismert abiotikus stresszválaszban szere-pet játszó jelátviteli gének vizsgálatával több ár-pa-szárazságtűrésben potenciálisan szerepet játszó génjelöltet azonosítottak. Kutatásunk központi fel-adata ezeknek az irodalomból és a Szegedi Bioló-giai Központban korábban elvégzett vizsgálatokból ismert szárazságtűréssel kapcsolatos génjelöltek asszociációs vizsgálata.

A vizsgálatokhoz ismert szárazságtűrő és száraz-ságra érzékeny genotípusokat tartalmazó populációt állítunk össze. A génvariánsok (haplotípusok) elkü-lönítésére az ún. EcoTILLING módszert használjuk, amely lehetővé teszi a vizsgált génjelöltek szekven-ciáiban előforduló különbségek kimutatását. A szá-razságtűréssel kapcsolatos morfológiai és fiziológiai tulajdonságokat üvegházban, kontroll (70%-os vízel-látás virágzástól a betakarításig) és stresszelt (30%-os vízellátás virágzástól a betakarításig) körülmények

között stresszmonitorozó rendszer segítségével kö-vetjük. A genotípusos és fenotípusos adatok asszoci-ációs tesztekkel történő kiértékelésével funkcionális génvariánsok azonosíthatók.


Az eredményes vizsgálatok lehetővé teszik a száraz-ságtűréssel kapcsolatos génjelöltek és génvariánsaik jellemzését. Az azonosított funkcionális génvarián-sok közvetlenül felhasználhatók az árpafajták szá-razságtűrésének javítására.

A 36 különböző genotípust tartalmazó populáció-ban 6 különböző haplotípus különíthető el.

ecoTIllIng vizsgálattal azonosított génvariánsok.

127

közP

on

TI l

aBo

raTó

rIu

mo

k

SZBKközponti laboratóriumok6726 Szeged, Temesvári krt. 62.6701 Szeged, Pf. 521.

128

közP

on

TI l

aBo

raTó

rIu

mo

k

Munkánk során olyan fehérje microarrayeket, vagy más néven fehérjecsipeket használtunk, illet-ve fejlesztettünk ki, amelyek különböző antites-teket tartalmaztak felülethez rögzítve. Az antitest microarrayek során a szilárd hordozóhoz kötött antitestek „fogják ki” a vizsgált mintából preparált, majd fluoreszcensen jelölt fehérjéket. Ezzel a techni-kával lehetőség nyílik egyrész több száz különböző fehérje kifejeződésének vizsgálatára, másrészt több fehérje másodlagos módosításainak elemzésére is. Egy fehérjecsip tulajdonképpen több száz Western-blot (illetve dot-blot) kísérletnek felel meg.

A fehérjecsipekkel különböző tüdőtumorok (nem kis-sejtes tüdőkarcinóma, 1. és 2. stádiumok) proteomikai jellemzését végeztük el forgalomban lévő szignáltranszdukciós csippel. A fehérjék teljes kinyerését a leírt protokollok alapján végeztük el, azonban a jelölést optimalizáltuk. Ezzel a módosítás-sal lehetőség van kisebb fehérjemennyiség jelölésére, és annak fehérjecsipes elemzésére is. A jelölt fehérjé-ket a gyári lemezen inkubáltuk, mostuk, szárítottuk. A konfokális lézerszkennerrel történő leolvasás után kapott képet a mellékelt ábra szemlélteti.

Mivel a gyári csipek csak korlátozott számú fe-hérjének az analízisét teszik lehetővé, célzott szűrést nem tudunk végrehajtani és a magas költségek mi-att csak kis számú minta analízisére van mód, ezért szükség van saját gyártókapacitás létrehozására. Eh-hez első lépésben a fehérjecsipek gyártásának körül-ményeit kellett optimalizálnunk.

Sikerült a körülményeket úgy beállítanunk (meg-felelő szilárd hordozó, mintafelvevő puffer, pára és hőmérséklet optimális megválasztásával), hogy már viszonylag kis mennyiségű fehérjék analízisét is el tudtuk végezni az általunk létrehozott fehérjecsippel.

Monoklonális és poliklonális antitestek kikötését és kötőképességét is teszteltük.


A fehérjecsipek alkalmazásának legnagyobb korlátja a rendelkezésre álló jó minőségű és nagy számú an-titest. Mivel az alaptechnika (a fehérjecsipek készí-tése) és a hozzátartozó know-how rendelkezésünk-re áll a megfelelő műszerekkel (csipkészítő robot, csipleolvasó lézerszkenner) együtt, a továbbfejlesztés az antitestek beszerzése és jellemzése lenne.

Felhasználási terület: alapkutatás molekuláris biológiai laboratóriumok számára, diagnosztikai a lkalmazás k linikák számára, diagnosztikai és kutatási alkalmazás gyógyszerkutató gyárak és cé-gek számára.

FunkcIonálIs genomIka csoport

FeHérjeCsIPek

Témavezető: dr. puskás lászlóTel.: 62-599-782E-mail: [email protected]

129

közP

on

TI l

aBo

raTó

rIu

mo

k

proteomIkaI kutatócsoport

A proteomika az egyik legizgalmasabb és leg-dinamikusabban fejlődő kutatási terület napja-inkban. Miután a befejezett genom-szekvenciák rengeteg kérdésre nem adtak választ, világszer-te gomba módra szaporod na k a jól fe lszerelt proteomikai központok, amelyek a legkülönbözőbb módszerekkel frakcionált, tisztított fehérjék analí-zisével remélnek választ adni olyan fontos kérdések-re, mint pl. milyen fehérjék, milyen mennyiségben, milyen poszt-transzlációs módosításokkal vannak jelen bizonyos sejtekben; egy adott sejtben bizonyos fázisokban; mely fehérjék képeznek együttműködő hálózatot, és ezek kölcsönhatása hogyan szabályo-zott stb. Ennek a kutatásnak egyik legfontosabb eszköze a tömegspektrometria, amely épp úgy al-kalmas nagy érzékenységű fehérjeazonosításra, mint de novo szekvenálásra, poszt-transzlációs mó-dosítások jellemzésére, kovalens jelölések helyének és kémiai szerkezetének meghatározására, és így pl. egy fehérje térszerkezetének feltárására is.

A biológiai mintaelőkészítést együttműködő

partnereink végzik, a mi feladatunk az analitikai mintaelőkészítés, a tömegspektrometriai mérések és az adatok kiértékelése. Természetesen foglalko-zunk 1D- vagy 2D-gélelektroforézissel frakcionált fehérjék azonosításával. Számos hazai kutatócso-port számára biztosítjuk a szükséges proteomikai hátteret. Dolgozunk diszulfid-hidak, proteolitikus hasítási helyek, foszforiláció és ubiquitinálás jel-lemzésén is. Továbbá O-hez kötött cukrot tartal-mazó glikopeptidek szelektív dúsítását szeretnénk megvalósítani.


Kutatásaink során egy MALDI-TOF és egy QTOF tömegspektrométert használhatunk a Szegedi Egye-tem kutatóival közösen. Ez a felállás lehetővé te-szi egyszerűbb rendszerek fentebb vázolt jellemzé-sét. A rendelkezésünkre álló műszerpark bővítése elengedhetetlen nagyobb volumenű és változatosságú proteomikai projektek bevezetéséhez.

FeHérje-analITIka TÖmegsPekTromeTrIáVal

Témavezető: dr. Medzihradszky F. katalin Tel.: 62-599-773E-mail: [email protected],

130

közP

on

TI l

aBo

raTó

rIu

mo

k

Foglalkozunk a stabilis hálózatok evolúciójával, ami a modern szervezetek szabályozási hálózata-inak általános tulajdonságaira kíván választ adni. Kifejlesztettük a hálózatok evolúciójának mate-matikai modelljét, amellyel modellezhető a háló-zatoknak különböző külső hatásokhoz való alkal-mazkodása.

A legtöbb biológiai folyamatot – a gének bein-

dítását, a DNS lemásolását - molekuláris komplexek irányítják. Ezek fizikai értelemben igen labilisak, hatásukat mégis nagy pontossággal tudják kifejteni mind térben, mind időben. Modellezzük azokat a folyamatokat, ahogy ezek a molekuláris együttesek felépülnek, hogy ezáltal választ kapjunk egyrészt a mechanizmus stabilitásának okaira, másrészt a gyógyszeres beavatkozási stratégiák lehetőségeire.

A modern biológiát az óriási adatmennyiség jellem-zi. Egyes kísérletekben, például gyógyszermolekulák tesztelésénél, baktériumok vagy növényfajok jellem-zésekor olyan hatalmas adatmennyiség keletkezik, hogy a nehézséget egyre inkább az adatok értelme-zése jelenti. Csoportunk új, általánosítható tudás-ábrázolási módszereket kutat, amelyekkel az adatok jobban érthetővé válnak, mind a kutatás, mind az innováció számára.

A kísérleti adatok ábrázolásának legáltalánosabb formája a hálózat, melyben az alkotóelemeket és a köz-

tük lévő viszonylatokat grafikusan, pontokkal vonalak-kal ábrázoljuk. Ilyen ábrázolás a vegyületek szerkezeti képlete, vagy a teljes genomok szabályozási hálózata..

A hálózatok megzavarhatóságának, sebezhetősé-gének vizsgálata a gyógyszerek, hatóanyagok alkal-mazási stratégiáinak elméleti modellje. A természet-ben található szabályzási hálózatok igen sebezhetők többpontos gyenge támadásokkal, ami egyértelműen a több, enyhe hatóanyagot alkalmazó kezelések elő-nyeit mutatja, szemben például az egyetlen, ható-anyagot alkalmazó kezelésekkel.

BIoInFormatIkaI csoport

molekulárIs HálózaTok sTaBIlITása

molekulárIs HálózaTok eVolÚCIója

Témavezető: dr. pongor sándor Tel.: 62-599-783E-mail: [email protected]

131

közP

on

TI l

aBo

raTó

rIu

mo

k

Napjainkban a nagykapacitású molekuláris bioló-giai kísérleti technikák egyre általánosabbá váló alkalmazása hatalmas mennyiségű feldolgozatlan adat felhalmozódásához vezetett a különféle bi-ológiai adatbázisokban. A csoport hosszabb ideje foglalkozik olyan metódusok, bioinformatikai adat-feldolgozási és adatbányászati munkafolyamatok ki-

fejlesztésével, amelyek különböző géncsaládok szisz-tematikus bioinformatikai jellemzésére alkalmasak. Az új adatfeldolgozási sémák felhasználásával az elmúlt időszakban értékes új információkat sikerült kinyerni a gyulladásos folyamatokban fontos szere-pet játszó Tribbles molekula család evolúciójával és molekuláris működésével kapcsolatban.

A csoport munkatársai a Szegedi Egyetem Gene-tika Tanszékével és a Zenon Bio Kft.-vel közösen részt vesznek egy, az Európai Unió 6. keretprog-ramjához tartózó pályázat keretében, a biológiai kutatás szempontjából nagyon fontos modellor-ganizmus, a zebrahal genomikai vizsgálatában. A kutatás célja, hogy azonosításra kerüljenek azok a

gének, melyek szerepet játszhatnak a rákos folya-matok, illetve az ellenük kialakuló immunválasz folyamataiban. Tevékenységünk során létreho-zunk egy olyan komplex adatháztartási rendszert, mely alkalmas a vizsgálatok során összegyűjtött genomikai adatok tárolására és bioinformatikai kiértékelésére.


génCsaládok FunkCIonálIs annoTáCIója

genom-InFormaTIka

Témavezető: dr. Hegedűs zoltánTel.: 62-599-766E-mail: [email protected]

132

közP

on

TI l

aBo

raTó

rIu

mo

k

Csoportunk kialakította, fenntartja, és folyama-tosan fejleszti a több száz oldalas BRC BioNet intranetes portált (http://bionet.brc.hu), amely szerteágazó szakmai szolgáltatásaival a Szegedi Biológiai Központban dolgozó kutatóknak meg-teremti a labormunkát kiegészítő elengedhetetlen informatikai munkakörnyezetet. A portál a bioló-giai jellegű K + F tevékenység során nélkülözhe-tetlen szakmai információk és szolgáltatások gyűj-teménye. Az alábbiakban a teljesség igénye nélkül felsorolunk néhányat a BRC BioNet szakmai szol-gáltatásai közül:

az intézet által előfizetett on-line tudományos • folyóiratok eléréseautomatizált kulcsszavas irodalomfigyelő szolgáltatás• belső intézeti citációs adatbázis• helyi telepítésű biológiai adatbázisok• helyi HTML felszínen elérhető bioinformatikai • szoftverek gyűjteményetöbb ezer, a biológiai K + F tevékenység számára • hasznos internetes link gyűjteményetöbb száz, a biológiai K + F tevékenységgel • kapcsolatos szakmai információkat tartalmazó HTML dokumentum gyűjteménye.

álTalános BIoInFormaTIkaI szolgálTaTások


Témavezető: dr. Hegedűs zoltán

133

közP

on

TI l

aBo

raTó

rIu

mo

k

mIkroszkópos sejtanalízIs laBoratórIum

Egyetlen kép, tartja a mondás, ezer szóval felér. Az új mikroszkópiás technikák kifejlesztésének köszönhető-en napjaink biológiai és orvosi kutatása egyre inkább függővé vált a mikroszkópos képanalízistől. Ezek a technikák lehetővé teszik szinte bármelyik molekula, annak specifikus jelölése mellett, funkciójának köz-vetlen analízisét élő sejtekben, élőlényekben. Mind-ezen új fejlesztések egyedi módon teszik lehetővé az alapvető sejtfolyamatok bonyolult tér-idő dinamikájá-nak direkt megjelenítését és vizsgálatát. Laboratóriu-munk egyik célja, hogy a legújabb optikai képalkotó technikák bevezetésével, valamint azok továbbfejlesz-tésével lehetővé tegye magunk és mások számára a komplex sejtbeli és sejtek közötti rendeződések és folyamatok megértését és vizsgálatát. Mikroszkópos Sejtanalízis Laboratóriumunkban csúcstechnológia: lézer-pásztázó konfokális mikroszkóp, f luoreszcens sztereo mikroszkóp és valósidejű élősejt-analízist le-hetővé tevő mikroszkópos állomás található. Ezekkel a modern műszerekkel például háromdimenziós fe-hérje lokalizációt és mobilitás vizsgálatot, valamint időbeli dinamikai analízist végezhetünk élő sejtekben, szövetekben, szervekben. A biológiai és orvosi alkal-mazások mellett, a lézer-pásztázó mikroszkópiának ipari alkalmazásai is vannak, mint például a mikro-elektromechanikai rendszerek vizsgálata, meghibá-sodás illetve hajszálrepedések tesztelése, ellenőrzése, valamint, számos alkalmazhatósága van az anyagtu-dományok terén. Laboratóriumunk egyik speciális kutatási területe a sejtosztódásban résztvevő fehérjék

funkcionális analízise mind humán rákos sejtekben, mind növényi tumor-szerű kallusz szövetekben. A hu-mán ráksejtekben egy SUMO (small ubiquitin-related modifier) nevű fehérje szerepét kutatjuk. Különösen érdekes számunkra a rákos áttételek kialakulásában játszott szerepük vizsgálata.

Laboratóriumunk számos kollaborációban is részt vesz kutatócsoportokkal, illetve cégekkel, különböző témákban. Az állati eredetű szöveteken kívül labo-ratóriumunknak tapasztalata van növényi eredetű szövet vizsgálatában is. Ezen témák közül megemlí-tendő a retinoblasztoma-rokon fehérjék funkcionális analízise, és a P5CS Arabidopsis fehérjék vizsgálata stresszválasz során.


A rendelkezésünkre álló új képalkotó technikákkal és modern mikroszkópos berendezésünkkel eddig nem látható részleteket és folyamatokat tehetünk lát-hatóvá és érthetünk meg. Nemcsak a biológia és or-vostudomány területén, hanem az ipar és gyógyszer-fejlesztésben is számos területen alkalmazhatóak.

mIkroszkóPos kéPFeldolgozás és a sejToszTódás mIkroszkóPos elemzése

Témavezető: dr. Ferhan ayaydinTel.: 62-599-600/528E-mail: [email protected]

Humán sumo1 dinamikus analízise osztódás közben

az szBk-Hoz kÖTŐdŐ SPIn-Off Vállalkozások

134

sPIn

-off

Cég

ek

vállalat megnevezése kapcsolattartó megnevezése

Acheuron Hungary Kft. Dr. Oláh Zoltán

AVICOR Kft. Dr. Puskás László

AVIDIN Kft. Dr. Puskás László

BIOCENTER Kft. Ábrahám Tamás

Biochip Bt. Dr. Ormos Pál

Biofotonika Kft. Dr. Garab Győző

Creative Labor Kft. Dr. Tubak Vilmos

Delta Bio 2000 Kft. Dr. Haracska Lajos

LipidArt Kft. Dr. Török Zsolt, Dr. Vígh László

MUSGENEX Kft. Dr. Oláh Zoltán

Planta Cosmetix Kft. Dr. Horváth V. Gábor, Dr. Dudits Dénes

TRANSMENTIX Kft. Dr. Puskás László

T-sejt Kft. Dr. Tubak Vilmos, Dr. Monostori Éva

Administrator

Téglalap

Administrator

Téglalap

Administrator

Téglalap

Administrator

Téglalap

Administrator

Téglalap

Administrator

Téglalap

Administrator

Téglalap

Administrator

Téglalap

az szBk megkÖzelÍTHeTŐsége:

135

ImPr

essz

um

SZBKBaja

55

Belgrád 5

Arad43

Budapest5

Debrecen47

Újszeged

Szeged

Tisz

a

Tisza

Tisz

a

Liget

Belvárosi híd

Kossuth Lajos sugárútKossuth Lajos sugárút

Bertalanhíd

Derkovits fasor

Tem

esvá

rikö

rút

ELSő KIADÁS, 2007A kiadásért felel:Páy Anikó és Csordás-Tóth ÉvaTelefon: 62/599-600Email: [email protected]

Tervezés:

Nyomtatta:Juhász Nyomda, Szeged

http://[email protected]

jegyzeTek

136

jeg

yzeT

ek

tartalomjegyzék alomjegyzékÁltalános bioinformatikai szolgáltatások.....132 mikroszkópos...

Documents