Prof. dr hab. Wodzimierz Krzyosiak, chemik, jest kierownikiem Pracowni Genetyki Nowotworw w Instytucie Chemii Bioorganicznej PAN w Poznaniu. Jego wczeniejsze prace dotyczyy chemicznej modyfikacji kwasw nukleinowych i bada strukturalnych RNA. Zajmowa si ulepszaniem metod wykrywania mutacji w DNA i bada geny predyspozycji do nowotworw, gwnie raka piersi, oraz geny zwizane z dziedzicznymi chorobami neurologicznymi. Laureat pierwszej edycji Subsydiw Profesorskich FNP w dziedzinie nauk biologicznych i medycznych. Od 2004 czonek korespondent Polskiej Akademii Nauk.
Obiektem zainteresowa Pana i Paskiego zespou w Instytucie Chemii Bioorganicznej PAN jest kilka chorb, ktrych wspln cech genetyczn jest ekspansja powtarzajcego si tandemowo krtkiego trjnukleotydowego motywu sekwencji. O jakie choroby chodzi i jakiej czci populacji one dotycz?
– Jest to grupa ju prawie dwudziestu chorb o bardzo nietypowym podou genetycznym, jakim jest wyduanie sekwencji powtarzajcej si ponad granice normy. Tak mutacj wykryto po raz pierwszy w 1991 roku jako przyczyn dwch chorb: zespou amliwego chromosomu X oraz rdzeniowo−opuszkowego zaniku mini typu Kennedy’ego. W kolejnych latach odkryto podobne mutacje jako przyczyn dystrofii miotonicznej, choroby Huntingtona oraz szeregu ataksji rdzeniowo−mdkowych. S to choroby neurologiczne, gwnie neurodegeneracyjne i neurominiowe. Najbardziej znan z nich jest choroba Huntingtona, zwana wczeniej plsawic, powodowana przez nadmierny wzrost liczby powtrze CAG w genie HD znajdujcym si na chromosomie 4. Charakteryzuje si zaburzeniami ruchowymi i upoledzeniem funkcji intelektualnych, poniewa zwyrodnieniu ulegaj neurony w tych obszarach mzgu, ktre odpowiadaj za koordynacj ruchw pamici i ycia emocjonalnego. Typowa forma tej choroby diagnozowana jest zwykle midzy 35. a 40. rokiem ycia i chorzy umieraj po 15−20 latach jej trwania. Choroby z tej grupy wystpuj w populacji nie czciej ni u jednej osoby na kilka tysicy. Zainteresoway jednak badaczy, szczeglnie ze wzgldu na charakter mutacji i mechanizm jej powstawania oraz mechanizm patogenezy. Przyczynowa a nie objawowa terapia tych chorb jest take duym wyzwaniem dla medycyny. Poniewa nikt z mojego zespou nie jest lekarzem, interesujemy si gwnie molekularnymi aspektami tych chorb, badajc gwnie uszkodzone geny i ich produkty oraz komrki pochodzce od pacjentw, wykorzystujc w tym celu nowoczesn biologi molekularn i wiedz o genomie.
Naukowcy posiedli ju spor wiedz o genomie ludzkim. Jaka cz naszego genomu skada si z powtarzanych sekwencji?
– Ponad poow genomu stanowi rnego typu sekwencje powtarzajce si. Jednak tandemowe powtrzenia krtkich 1−6−nukleotydowych motyww to okoo 3 procent genomu, a same powtrzenia trjnukleotydowe to okoo 0,1 procent. Wystpuj one jednak czciej ni inne typy powtrze w genach, w ich czciach ulegajcych translacji do sekwencji biakowych. Gdy liczba powtrze okrelonego trypletu jest dostatecznie dua, ponad 10, to taki cig wykazuje polimorfizm, czyli zrnicowanie dugoci. Wiemy o tym dobrze, bo sami zbadalimy takie cigi w ponad 100 genach u 100 osb z populacji polskiej. Mamy rne dugoci takich cigw w setkach naszych genw, a rnimy si od siebie niewiele i pozostajemy zdrowi.
Skd si te sekwencje wziy, jakie peni funkcje w genomie i czym skutkuj bdy w procesie ich powielania?
– Jeeli nie bdziemy siga do samych pocztkw oraz wczesnych etapw ewolucji sekwencji powtarzajcych si, a skupimy si na ich obecnej postaci, to zobaczymy, e u czowieka wystpuj najdusze cigi takich sekwencji. S one widocznie korzystne z perspektywy ewolucji. Im duszy cig powtrze, tym wikszy polimorfizm jego dugoci i co za tym idzie – moliwo regulowania funkcji produktu takiego genu. Niczego nie ma jednak w przyrodzie za darmo. Wiksze staje si rwnie niebezpieczestwo, e taki cig ulegnie patologicznej ekspansji podczas replikacji materiau genetycznego. Ryzyko mutacji prowadzcej do choroby jest zatem cen, jak trzeba zapaci za wiksze moliwoci modulowania funkcji genw. Genw mamy mniej wicej tyle, co inne ssaki, lecz nasze geny zapewniaj wiksze mikrozrnicowanie funkcji.
Jaka wiedza umoliwia wysnucie przypuszczenia, e zmutowany transkrypt moe aktywowa proces patogenezy?
– W przypadku kilku chorb cigi powtrze ulegajce ekspansjom znaleziono w takich regionach genw, ktre nie ulegaj translacji, zatem czynnikiem wywoujcym patogenez nie mogo by wadliwie funkcjonujce, zmutowane biako, gdy pozostawao ono normalne. Tak jest w przypadku dystrofii miotonicznych typu 1 i 2, a take w przypadku zespou drenia i ataksji zwizanego z amliwym chromosomem X. Cech wspln dystrofii miotonicznych typu 1 i 2, charakteryzujcych si bardzo podobnymi objawami klinicznymi, jest wystpowanie okrelonej przez nas struktury „spinki do wosw”, tworzonej przez patologicznie wyduone cigi powtrze. Inni badacze dowiedli nastpnie, e struktury te faktycznie inicjuj proces patogenezy. Postawilimy wtedy hipotez, e struktura RNA tego samego typu moe wspuczestniczy w patogenezie innych chorb tej grupy, rwnie tych, w ktrych genach cigi powtrze ulegaj translacji do zmutowanych biaek. Tez t wsparlimy dowiedzionym przez nas podobiestwem struktur RNA, tworzonych przez powtrzenia w transkryptach wikszoci genw zwizanych z t grup chorb. To jednak nie byo przekonujce. Wczylimy zatem do naszych bada metody bioinformatyki, genomiki strukturalnej i funkcjonalnej, aby pozna lepiej nie tylko komrkowych „oprawcw”, za jakich uwaamy zmutowane transkrypty, ale rwnie ich potencjalne „ofiary”, czyli inne RNA zawierajce takie same, lecz krtsze sekwencje powtarzajce si, ktre w komrkach pacjentw maj problem z penieniem swej normalnej funkcji. Najpierw identyfikowalimy takie transkrypty, pniej okrelalimy w nich zakres dugoci sekwencji powtarzajcej si oraz poziom ich ekspresji w komrkach. Badalimy zatem komrkowy „krajobraz” transkryptw zawierajcych powtrzone sekwencje, czyli „sceneri”, w ktrej moe si rozwija proces patogenezy na poziomie RNA. Badania te trwaj u nas, a podobne prowadzone s w innych laboratoriach i czas pokae, jak dua jest rola RNA w patogenezie caej tej grupy chorb.
Czy zainteresowania Pana i Paskiego zespou dotycz jedynie procesw patogenezy indukowanej przez RNA?
– Nie, pracujemy rwnie nad ulepszaniem metod diagnostyki molekularnej oraz terapii chorb wywoywanych mutacjami sekwencji powtrzonych. Ta ostatnia aktywno w ostatnich latach szczeglnie nas absorbuje, pasjonuje i zobowizuje zarazem, gdy pracujemy w ramach europejskiego konsorcjum realizujcego zintegrowany projekt badawczy RNA Interference Technology as Human Therapeutic Tool (RIGHT). Naszym zadaniem jest lepsze poznanie podstawowych mechanizmw procesu interferencji RNA i opracowanie na modelach komrkowych (in vitro) oraz na modelu mysim (in vivo) zaoe skutecznej, przyczynowej terapii interesujcej nas grupy chorb neurologicznych. Taka jest zwykle kolejno prac zmierzajcych do opracowania nowych lekw, a o reagentach, wykorzystujcych w swym dziaaniu zjawisko interferencji RNA, mwi si powszechnie nie inaczej, jak tylko o lekach nowej generacji.
Czy Paski zesp odnis ju jakie sukcesy w tych badaniach?
– Realizacja projektu RIGHT jest ju na pmetku, wic czas najwyszy na pierwsze znaczce wyniki. Jako jedyny reprezentant Europy rodkowej i Wschodniej w tym projekcie nie wypadamy le. Ostatnio opublikowalimy prac w „Molecular Cell”, czasopimie biomedycznym z „grnej pki”. Pokazujemy w niej, e struktury typu spinki – wystpujce w transkryptach zmutowanych genw powodujcych dystrofi miotoniczn typu 1, chorob Huntingtona i jedn z ataksji rdzeniowo−mdkowych – s fragmentowane przez enzym Dicer, a te fragmenty mog wchodzi na szlak interferencji RNA i degradowa transkrypty zawierajce dugie sekwencje komplementarne. Z naukowego punktu widzenia s to cakowicie nowe przykady aktywnoci komrkowej maszynerii interferencji RNA, pokazujce w jak ciekawy sposb w zjawisku interferencji RNA mog uczestniczy sekwencje powtrzone.
Jakie mog by praktyczne aplikacje ostatnich odkry Paskiego zespou w medycynie?
– Zaobserwowany przez nas proces zachodzcy w komrkach wykorzystalimy do zademonstrowania, i moe on stanowi podstaw terapii tych chorb. Pokazalimy, e syntetyczne RNA, podobne do powstajcego w komrkach osb chorych, podawane do tych komrek z zewntrz na drodze transfekcji, powoduje wysoce specyficzn degradacj zmutowanych transkryptw, podczas gdy transkrypty normalne s albo odporne, albo znacznie mniej podatne na ich dziaanie. Wyniki te uwiadomiy nam, e to, co wczeniej wydawao si niemoliwe, jest jednak moliwe. Stwarzaj one bardzo dobr podstaw do opracowania metod terapii tej grupy chorb, polegajcych na skutecznej i specyficznej eliminacji zmutowanych transkryptw w obecnoci ich normalnych wariantw, ktre s komrkom potrzebne. Oczywicie, cay szereg problemw pozostaje jeszcze do rozwizania na modelach komrkowych i zwierzcych, zanim rozwaana bdzie sprawa przystpienia do bada klinicznych.