Zakład Biochemii

Kierownik
dr hab. Katarzyna Piwocka, prof. nadzw.


e-mail: k.piwocka@nencki.gov.pl

 

Zakład Biochemii powstał w 2007 roku, w wyniku połączenia Zakładu Biochemii Komórki i Zakładu Biochemii Mięśni.  Składa się z 10 niezależnych grup badawczych oraz stowarzyszonej z Zakładem Biochemii Pracowni Cytometrii. Tematyka badawcza poszczególnych pracowni wzajemnie się uzupełnia i dotyczy zagadnień związanych z poznaniem mechanizmów molekularnych różnych chorób cywilizacyjnych. Naszym głównym celem jest prowadzenie badań, które pozwolą zrozumieć przyczyny i molekularne podłoże powstawania i rozwoju chorób i syndromów cywilizacyjnych takich jak choroby metaboliczne, w tym otyłość i cukrzyca, choroby mitochondrialne, nowotwory, starzenie, miopatie i inne, a jednocześnie przyczynić się do rozwoju diagnostyki, prewencji i terapii tych schorzeń.

 

Opis działalności poszczególnych pracowni:

 

Głównym celem badań prowadzonych w Pracowni Sygnałów Komórkowych i Zaburzeń Metabolicznych kierowanej przez prof. dr hab. Agnieszkę Dobrzyń jest identyfikacja molekularnych mechanizmów biorących udział w regulacji metabolizmu komórki oraz zaangażowanych w patogenezę zaburzeń funkcjonowania wysp trzustkowych i rozwoju insulinooporności w różnych modelach cukrzycy. W szczególności zainteresowania dotyczą znalezienia związku pomiędzy czynnikami ryzyka cukrzycy (m.in. otyłością, stanem zapalnym, brakiem wysiłku fizycznego) a epigenetyczną regulacją ekspresji genów, aktywnością czynników transkrypcyjnych oraz szlaków sygnałowych receptorów błonowych. Prowadzone badania dotyczą także określenia roli lipidowych wtórnych przekaźników w rozwoju embrionalnym trzustki oraz w różnicowaniu komórek macierzystych w komórki wydzielające insulinę. Do najważniejszych odkryć zespołu należy wykazanie, że (1) układ endokanabinoidowy pełni istotną rolę w regulacji sekrecji insuliny oraz rozwoju trzustki, a aktywacja receptora endokanabinoidowego CB1 oraz szlaku Wnt zależnego od receptora Frizzled może mieć istotne znaczenie w adaptacji wysp trzustkowych do insulinooporności towarzyszącej pierwszej fazie rozwoju cukrzycy typu 2; (2) desaturaza stearoilo-CoA jest jednym z głównych regulatorów autofagii indukowanej kwasami tłuszczowymi w komórkach beta trzustki.

 

W Pracowni Metabolizmu Komórki kierowanej przez prof. dr hab. Krzysztofa Zabłockiego prowadzone są badania zmian wewnątrzkomórkowej homeostazy i sygnalizacji wapniowej w regulacji procesów metabolicznych zarówno w warunkach normy jak i patologii. W szczególności dotyczą one mechanizmów odpowiedzialnych za zaburzenia metabolizmu wapnia typowe dla dystrofii Duchenne’a, mitochondrialnego metabolizmu lipidów w odniesieniu do cukrzycy typu 2 oraz innych schorzeń.

 

Kierowana przez prof. dr hab. Sławomira Pikułę Pracownia Biochemii Lipidów realizuje badania nad  wewnątrzkomórkową homeostazą jonową wapnia, ze szczególnym uwzględnieniem białek wiążących jony wapnia i lipidy, aneksyn (od A. thaliana do H. sapiens ), a także badania związane z poznaniem mechanizmów i znaczenia  mineralizacja tkanek na poziomie molekularnym i komórkowym oraz  wewnątrzkomórkowego transportu cholesterolu w normie i w patologii. 

 

W Pracowni Bioenergetyki i Błon Biologicznych kierowanej przez prof. dr hab. Jerzego Duszyńskiego prowadzone są badania mające na celu poznanie biogenezy, fizjologii i biologii mitochondriów w normie i patologii, w tym w chorobach mitochondrialnych, metabolicznych i neurodegeneracyjnych. Część aktywności koncentruje się na poznaniu organizacji cytoszkieletu i mitochondriów oraz  badaniach roli stresu oksydacyjnego  w tych schorzeniach.

 

Pracownia Molekularnych Podstaw Starzenia kierowana przez prof. dr hab. Ewę Sikorę zajmuje się badaniami dotyczącymi roli starzenia komórkowego w starzeniu się organizmu. Interesują nas mechanizmy starzenia replikacyjnego i  przyspieszonego indukowanego stresem (stress-induced premature senescence-SIPS), autofagii oraz śmierci komórek prawidłowych i nowotworowych. Prowadzone badania wykazały między innymi, że klasyczna ścieżka sygnałowa prowadząca od uszkodzeń DNA  jest charakterystyczna dla starzenia replikacyjnego (komórki prawidłowe), natomiast nie  jest niezbędna do wywołania przyspieszonego starzenia indukowanego stresem zarówno w komórkach prawidłowych jak i nowotworowych.

 

W Pracowni Wewnątrzkomórkowych Kanałów Jonowych kierowanej przez prof. dr hab. Adama Szewczyka prowadzone są badania nad mitochondrialnymi kanałami jonowymi, w tym potasowymi , związkami regulującymi otwarcie tych kanałów jako potencjalnymi substancjami terapeutycznymi oraz oddziaływaniem inhibitorów annałów potasowych z białkami mitochondrialnymi.

 

Głównym celem badań prowadzonych w Pracowni Molekularnej Biochemii Medycznej kierowanej przez dr hab. Pawła Dobrzynia jest określenie komórkowych i molekularnych mechanizmów patogenezy zaburzeń pracy mięśnia sercowego. Badania obejmują analizę szlaków sygnałowych i czynników transkrypcyjnych biorących udział w regulacji apoptozy kardiomiocytów oraz w patogenezie przerostu lewej komory serca. Jednym z podstawowych zadań Pracowni jest określenie roli genów kodujących desaturazę stearoilo-CoA (SCD1 i SCD4) oraz szlaków sygnałowych regulowanych przez cytokiny pro-zapalne w patogenezie kardiomiopatii przerostowej. Najważniejszym osiągnięciem było wykazanie, że desaturaza stearoilo-CoA odgrywa istotną rolę w regulacji metabolizmu i funkcji mięśnia sercowego.

 

Badania prowadzone w Pracowni Molekularnych Podstaw Ruchów Komórkowych kierowanej przez prof. dr hab. Jolantę Rędowicz dotyczą określenia udziału miozyn niekonwencjonalnych (zwłaszcza należących do rodziny VI) w migracji komórek i transporcie wewnątrzkomórkowym oraz poznania mechanizmów regulujących organizację cytoszkieletu aktynowego, migrację i inwazyjność komórek nowotworowych. Część zadań ma na celu poznanie znaczenia oddziaływania białka prionowego z cytoszkieletem mikrotubularnym w procesie neurodegeneracji oraz zbadanie roli białka prionowego w chorobie Alzheimera.

 

Badania zespołu prof. dr hab. Andrzeja Kasprzaka - Pracownia Białek Motorycznych, koncentrują się na analizie zależności pomiędzy strukturą i funkcją mikrotubularnych białek motorycznych – kinezyn. Pierwszy z dwóch obszarów badań dotyczy roli białek EB (End-Binding) w regulacji ruchu pomiędzy dwiema mikrotubulami generowanym przez kinezyny.  Drugi, wpływu modyfikacji potranslacyjnych tubuliny na oddziaływanie mikrotubul z kinezynami.  Do głównych osiągnięć należy odkrycie, że kinezyny-14, w tym Ncd i HSET, ‘śledzą’ końce plus rosnących mikrotubul in vitro oraz że białko EB1 jest wystarczające, aby taki proces wystąpił. Przedstawiliśmy także dowody, że motyw Ser-X-Ile-Pro, rozpoznawany przez EB1 jest ewolucyjnie zachowany w całej rodzinie 14 kinezyn. Co więcej, efektywne śledzenie końca plus wspomagane przez EB1 wymaga oddziaływania transportowanego białka z mikrotubulą.

 

Pracownia Cytometrii kierowana przez prof. dr hab. Katarzynę Piwocką jest pracownią środowiskową typu core-facility, prowadzącą także własne badania naukowe.  Celem jej działania jest zapewnienie wysokiej klasy ekspertyzy dotyczącej wykorzystania cytometrii przepływowej w badaniach. Część prac realizowanych jest we współpracy z innymi instytucjami badawczymi oraz krajowymi i zagranicznymi firmami R&D. W ramach działalności naukowej pracownia prowadzi badania z dziedziny biologii nowotworów. Szczególnie interesują nas prożyciowe szlaki sygnałowe aktywowane w komórkach nowotworowych, sprzyjające progresji choroby i nabywaniu oporności na terapię oraz poszukiwanie nowych, potencjalnych celów terapeutycznych. Istotna część badań dotyczy oddziaływań między komórkami białaczki a komórkami mikrośrodowiska nowotworu. Do najważniejszych osiągnięć należy odkrycie, że szlak sygnałowy PERK-eIF2alpha związany z komórkową odpowiedzą na stres jest aktywowany w komórkach białaczki i odgrywa istotną rolę w rozwoju choroby i oporności na terapię oraz scharakteryzowanie mechanizmu prowadzącego do obniżenia poziomu białka BRCA1 w białaczkach, co ma istotne implikacje terapeutyczne.

 

W Zakładzie odbywają się cotygodniowe seminaria w języku angielskim.  Członkowie Zakładu  aktywnie uczestniczą w organizacji sympozjów, konferencji i warsztatów naukowych, organizowanych m. in. w ramach Federation of European Biochemical Societies (FEBS), International Society for Advanced Cytometry (ISAC), European Muscle Conference (EMC), European Congress of Biogerontology i innych. Pracownicy Zakładu Biochemii aktywnie działają na rzecz społeczności naukowej, są członkami międzynarodowych i krajowych towarzystw naukowych, członkami Redakcji czasopism naukowych,  Komitetów Naukowych PAN, biorą udział w licznych przedsięwzięciach o charakterze zarówno naukowym jak i popularyzatorskim.

 

Wybrane publikacje:

 

Kozinski K, Jazurek M, Dobrzyn P, Janikiewicz J, Kolczynska K, Gajda A, Dobrzyn A: Adipose- and muscle-derived Wnts trigger pancreatic β-cell adaptation to systemic insulin resistance. Sci Rep. 2016; 6:31553.

 

Janikiewicz J, Hanzelka K, Dziewulska A, Kozinski K, Dobrzyn P, Bernas T, Dobrzyn A: Inhibition of SCD1 impairs palmitate-derived autophagy at the step of autophagosome-lysosome fusion in pancreatic β-cells. J Lipid Res. 2015;56:1901-1911.

 

Grabowska W, Suszek M, Wnuk M, Lewinska A, Wasiak E, Sikora E, Bielak-Zmijewska A.  Curcumin elevates sirtuin level but does not postpone in vitro senescence of human cells building the vasculature. Oncotarget. 2016 Apr 12;7(15):19201-13.

 

Mosieniak G, Sliwinska MA, Alster O, Strzeszewska A, Sunderland P, Piechota M, Was H, Sikora E. Polyploidy Formation in Doxorubicin-Treated Cancer Cells Can Favor Escape from Senescence. Neoplasia. 2015 Dec;17(12):882-93.

 

Szczęsna E, Kasprzak AA. Insights into the process of EB1-dependent tip-tracking of kinesin-14 Ncd. The role of the microtubule.  Eur J Cell Biol. 2016 Aug 31. pii: S0171-9335(16)30087-5. doi: 10.1016/j.ejcb.2016.08.004.

 

Nitzsche B, Dudek E, Hajdo L, Kasprzak AA, Vilfan A, Diez S. The working stroke of the kinesin-14, ncd, comprises two substeps of different direction. Proc Natl Acad Sci U S A. 2016 Oct 11. pii: 201525313.

 

Podszywalow-Bartnicka P, Wolczyk M, Kusio-Kobialka M, Wolanin K, Skowronek K, Nieborowska-Skorska M, Dasgupta Y, Skorski T, Piwocka K. Downregulation of BRCA1 protein in BCR-ABL1 leukemia cells depends on stress-triggered TIAR-mediated suppression of translation.  Cell Cycle. 2014;13(23):3727-41. doi: 10.4161/15384101.2014.965013.

 

Wylot B, Konarzewska K, Bugajski L, Piwocka K, Zawadzka M. Isolation of vascular endothelial cells from intact and injured murine brain cortex-technical issues and pitfalls in FACS analysis of the nervous tissue. Cytometry A. 2015 Oct;87(10):908-20. doi: 10.1002/cyto.a.22677.

 

Zajkowski T, Nieznanska H, Nieznanski K (2015) Stabilization of microtubular cytoskeleton protects neurons from toxicity of N-terminal fragment of cytosolic prion protein. BBA - Molecular Cell Research 1853(10 Pt A):2228-2239.

 

M. Sobczak, V. Chumak, P. Pomorski, E. Wojtera, L. Majewski, J. Nowak, J. Yamauchi, MJ. Redowicz (2016) Interaction of myosin VI and its binding partner DOCK7 plays an important role in NGF-stimulated protrusion formation in PC12 cells. BBA - Molecular Cell Research, 1863 (7 Pt A),1589-1600

 

Ren Z, Do LD, Bechkoff G, Mebarek S, Keloglu N,  Ahamada S, Meena S, Magne D, Pikula S, Wu Y, Buchet R. Direct determination of phosphatatase activity from physiological substrates in cells. PLoS One 2015; 10(3), e0120087.

 

Wos M, Szczepanowska J , Pikula S, Tylki-Szymanska A, Zablocki K, Bandorowicz-Pikula J. Mitochondrial dysfunction in fibroblasts derived from patients with Niemann-Pick type C disease. Arch. Biochem. Biophys. 2016; 593, 50-59.

 

Frączyk T, Ruman T, Wilk P, Palmowski P, Rogowska-Wrzesinska A, Cieśla J, Zieliński Z, Nizioł J, Jarmuła A, Maj P, Gołos B, Wińska P, Ostafil S, Wałajtys-Rode E, Shugar D, Rode W. Properties of phosphorylated thymidylate synthase. Biochim Biophys Acta - Proteins Proteom. 2015; 1854, 1922–1934

 

Dąbrowska M, Skoneczny M, Zieliński Z, Rode W. Wnt signaling in regulation of biological functions of the nurse cell harboring Trichinella spp. Parasites & Vectors 2016; 9, 483.

 

Laskowski M, Augustynek B, Kulawiak B, Koprowski P, Bednarczyk P, Jarmuszkiewicz W, Szewczyk A. What do we not know about mitochondrial potassium channels? Biochim Biophys Acta. 2016 Aug;1857(8):1247-57. doi: 10.1016/j.bbabio.2016.03.007.

 

Łukasiak A, Skup A, Chlopicki S, Łomnicka M, Kaczara P, Proniewski B, Szewczyk A, Wrzosek A. SERCA, complex I of the respiratory chain and ATP-synthase inhibition are involved in pleiotropic effects of NS1619 on endothelial cells. Eur J Pharmacol. 2016 Sep 5;786:137-47. doi: 10.1016/j.ejphar.2016.05.039.

 

T. Bednarski, A. Olichwier, A. Opasinska, A. Pyrkowska, A. Gan, J.M. Ntambi, P. Dobrzyn.  Stearoyl-CoA desaturase 1 deficiency reduces lipid accumulation in the heart by activating lipolysis independently of peroxisome proliferator-activated receptor α. Biochim. Biophys. Acta – Mol. Cell Biol. Lipids 2016; 1861: 2029-2037.

 

P. Dobrzyn, T. Bednarski, A. Dobrzyn.  Metabolic reprogramming of the heart through stearoyl-CoA desaturase. Prog Lipid Res. 2015;  57: 1-12.

 

Wojewoda M, Walczak J, Duszyński J and Szczepanowska J. Selenite activates the ATM kinase-dependent DNA repair pathway in human osteosarcoma cells with mitochondrial dysfunction. Biochem Pharmacol. 2015;95(3),170-176.

 

Oparka M,  Walczak J,  Malinska D, van Oppen L.M.P.E,  Szczepanowska J, Koopman W.J.H and  Wieckowski  MR. Quantifying ROS levels using CM-H2DCFDA and HyPer. Methods 2016; 109, 3-11.