Precyzyjne blokowanie replikacji DNA w komórkach nowotworowych to jedno z najbardziej obiecujących podejść w nowoczesnej terapii przeciwnowotworowej. Metoda identyfikacji związków chemicznych, które uniemożliwiają wiązanie białka PCNA z DNA, otwiera nowe możliwości w poszukiwaniu skutecznych inhibitorów replikacji i naprawy DNA.
W ramach projektu Miesiąc Partnera Klastra poznaj, jak naukowcy z Uniwersytetu Jagiellońskiego rozwijają innowacyjne narzędzia wspierające przyszłość terapii onkologicznych.
Współczesna terapia onkologiczna coraz częściej sięga po rozwiązania molekularne, które pozwalają na precyzyjne oddziaływanie na komórki nowotworowe. Jednym z możliwych podejść jest wykorzystanie aptamerów do rozpoznawania wybranych białek lub blokowania ich funkcji. Dr hab. Wojciech Strzałka, pracujący na Wydziale Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii UJ (WBBiB UJ), wraz ze współpracownikami od wielu lat prowadzi badania nad wykorzystaniem aptamerów DNA m.in. na potrzeby terapii przeciwnowotworowej.
Aptamery DNA/RNA to jednoniciowe cząsteczki kwasu nukleinowego o długości około 40-100 nukleotydów, charakteryzujące się wysokim powinowactwem i specyficznością do rozpoznawanej cząsteczki. Mogą one pełnić m.in. funkcję inhibitorów białek wskutek zablokowania ich centrum aktywnego lub możliwości oddziaływania z partnerami białkowymi. Bogactwo tworzonych przez nie struktur drugo- i trzeciorzędowych umożliwia optymalne dopasowanie wyselekcjonowanych aptamerów do określonej cząsteczki. Badania prowadzone w wielu laboratoriach na świecie doprowadziły do opracowania aptamerów DNA/RNA charakteryzujących się wysokim powinowactwem m. in. do: jonów metali, barwników organicznych, antybiotyków, nukleotydów, peptydów a także białek.
PCNA – kluczowy element mechanizmu replikacji DNA
PCNA (ang. Proliferating Cell Nuclear Antigen) to białko niezbędne do replikacji jądrowego DNA w komórkach eukariotycznych. Jedną z jego funkcji jest pełnienie roli platformy koordynującej działanie enzymów uczestniczących w powielaniu materiału genetycznego. Brak PCNA uniemożliwia kopiowanie DNA, co czyni to białko potencjalnym, nieonkogenicznym celem terapii przeciwnowotworowej. Dotychczasowe układy eksperymentalne umożliwiały monitorowanie wiązania związków chemicznych do zewnętrznej powierzchni białka PCNA, zaangażowanej m.in. w oddziaływania międzybiałkowe. Brakowało jednak analogicznych metod obserwacji wiązania z wewnętrzną, oddziałującą z replikowanym DNA, powierzchnią PCNA.
Aptamery anty-PCNA – narzędzie do badań in vitro oraz in vivo
Zespół dr. hab. Wojciecha Strzałki z WBBiB UJ, realizując projekt pt. „Identyfikacja i przedkliniczny rozwój niskocząsteczkowych inhibitorów replikacji i naprawy DNA na potrzeby terapii przeciwnowotworowej” (finansowany przez Agencję Badań Medycznych ze środków Krajowego Funduszu Odbudowy), opracował nową metodę identyfikacji związków chemicznych blokujących wiązanie PCNA z dwuniciowym DNA. Wynaleziona metoda opiera się na wykorzystaniu syntetycznego aptameru DNA, który wiąże się z PCNA w miejscu, które naturalnie zajmuje dwuniciowa helisa DNA. Powinowactwo tego aptameru do PCNA jest o kilka rzędów wielkości wyższe w porównaniu z DNA dwuniciowym. Właściwości opracowanego aptameru umożliwiają wykorzystanie go m.in. do:
- identyfikacji związków blokujących oddziaływanie PCNA z dwuniciowym DNA,
- badań jego wpływu na replikację i naprawę DNA w komórkach prawidłowych i nowotworowych.
Opracowany aptamer może być znakowany fluorescencyjnie (np. izotiocyjanianem fluoresceiny), co umożliwia monitorowanie kompleksu aptamer/PCNA metodą wykorzystującą zjawisko polaryzacji fluorescencji. Powyższy układ pozwala na analizę wpływu badanego związku chemicznego na stabilność kompleksu aptamer/PCNA. Obserwowany w trakcie eksperymentu spadek wartości polaryzacji fluorescencji świadczy o tym, że dany związek chemiczny blokuje wiązanie PCNA z aptamerem a więc, w domyśle, również z DNA.
Badania dr. hab. Wojciecha Strzałki nad aptamerem wiążącym PCNA otwierają nowe perspektywy w kontekście rozwoju terapii przeciwnowotworowych. Opracowany układ eksperymentalny został już zgłoszony do ochrony patentowej i może służyć m.in. do identyfikacji potencjalnych inhibitorów replikacji i naprawy DNA, a co za tym idzie przyczynić się do rozwoju skuteczniejszych i bardziej ukierunkowanych metod eliminacji komórek nowotworowych.
Więcej informacji o działalności grupy badawczej dr. hab. Wojciecha Strzałki, realizowanych projektach oraz możliwościach współpracy można znaleźć na stronie internetowej: https://zbtr.wbbib.uj.edu.pl/
zdjęcia:
- zespól dr hab. Wojciecha Strzałki – LINK
- Modelu kompleksu ludzkiego białka PCNA i aptameru znakowanego barwnikiem fluorescencyjnym, wykonany przez dr hab. Dominikę Borek z Akademii Tarnowskiej – LINK
Strona projektu: https://pcna.project.uj.edu.pl
Logotypy projektu:
Po więcej informacji odwiedź profil Uniwersytet Jagielloński – Centrum Transferu Technologii CITTRU na Platformie Współpracy LSOS.
Materiały do powyższego artykułu zostały dostarczone przez Uniwersytet Jagielloński – Centrum Transferu Technologii CITTRU.