Kutatásaink középpontjában a nem-kódoló genom rák kialakulásában betöltött szerepének funkcionális vizsgálata áll, elsősorban vastagbélrák modelleket alkalmazva. A nem-kódoló genetikai variánsok (egy nukleotid variáns (SNP)), mint betegségre hajlamosító tényezők, funkcionális jelentőségét kívánjuk feltárni különböző epigenetikai módszerek, genomszerkesztési technikák és számítógépes megközelítések segítségével. Emellett szeretnénk azonosítani és jellemezni azokat a funkcionális szabályozó elemeket is, amelyek hozzájárulnak a daganatos betegség kialakulásához. A fenti erőfeszítések eredményeit felhasználva végső célunk a betegség minél korábbi felismerésén túl, új terápiás célpontok azonosítása.

Főbb kutatási témák

1. Betegségre hajlamosító genetikai variánsok vizsgálata

Célunk az elsősorban genom-szintű asszociációs vizsgálatok (GWAS) révén azonosított öröklődő, nem kódoló (csírasejtes) mutációk szerepének, hatásának és funkciójának feltárása a rák kialakulásában. Ennek tanulmányozása azonban számos olyan ok miatt nagy kihívást jelent, mint például a genetikai korreláció (kapcsolati egyensúlytalanság (LD)), a cisz-szabályozás (nincs genetikai kód), a gyenge fenotípusok, az összetett (nem SNP) genetikai variánsok jelenléte, a rendelkezésre álló modellrendszerek hiányosságai és egyéb módszertani korlátok. Az akadályok leküzdése érdekében ezért elsődleges célunk a rák kialakulásával összefüggő ok-okozati variánsok (causal variant) azonosítása és átfogó vizsgálata, melyhez precíz genom- és epigenomszerkesztési technikákat, egysejtes klónozást és sejtalapú vizsgálatokat alkalmazunk (Spisak és mtsai, Nat. Med, 2015 link) (magyar összefoglaló link). Továbbá törekszünk arra, hogy érzékenyebb rendszereket és assay-ket fejlesszünk ki, amelyek olyan kifinomult fenotípusokat használnak fel, mint a génexpresszió, a sejtek állapota és morfológiája, lehetővé téve végső soron a reakciók párhuzamosítását és a felskálázhatóságot.

2. Az enhanszerek (erősítő elemek) biológiája

A cisz-szabályozó elemek közé tartozó enhanszerek a nem kódoló DNS specifikus szegmensei, amelyek távoli gének átíródását irányítják. Kölcsönhatásba lépve a transzhatású transzkripciós faktorokkal (TF) fokozzák a célgének kifejeződését. Számos nagyfelbontású genom-szintű szekvenáláson alapuló tanulmány bizonyította, hogy az enhanszerek gyakran íródnak át hosszú, nem kódoló RNS-ekké (lncRNS) vagy enhancer RNS-ekké (eRNS). Ezeknek a molekuláknak a szintje gyakran korrelál a célgén mRNS kifejeződésének mértékével. Kutatásaink célja a rák-specifikus enhanszerek azonosítása és hatásmechanizmusuk vizsgálata, beleértve a TF-hoz való kötődést, aktiválást, kölcsönhatást és szövetspecifikus működést. Továbbá törekszünk a rák kialakulásával összefüggő megváltozott célgén-expresszió biológiai következményeinek megértésére is (Takeda és Spisak et al, Cell, 2018 link) (magyar összefoglaló link).

3. A daganat korai felismerés és nem-invazív kimutatása

Az epigenetikai változások, különösen a DNS-metiláció és a hiszton-módosulások, gyakran mutatnak szövet- és rák-specifikus mintázatokat. Az epigenetikai mintázatok átrendeződésének vizsgálata a rák kialakulása során, folyadék biopsziás technológiával integrálva, nagy lehetőségeket rejt magában az epigenetikai változások jobb megértése és a korai rákfelismerési stratégiák fejlesztése szempontjából, melyek szintén kutatási céljaink között szerepelnek (Nuzzo, Berchuck, Korthauer and Spisak et al, Nat.Med. 2020 link).

Legújabb publikációink

Vízkeleti L., Spisák S., Rewired Metabolism Caused by the Oncogenic Deregulation of MYC as an Attractive Therapeutic Target in Cancers, Cells 2023, 12(13), 1745; link

Prosz A., Pipek O., Börcsök J., Palla G., Szallasi Z., Spisak S.*, Csabai I. Biologically informed deep learning for explainable epigenetic clocks.

Spisak S., Tisza V., Nuzzo PV., Seo JH., Pataki B., Ribli D., Sztupinszki Z., Bell C., Rohanizadegan M., Stillman DR., Alaiwi SA., Bartels AB., Papp M., Shetty A., Abbasi F., Lin X., Lawrenson K., Gayther AS., Pomerantz M., Baca S., Solymosi N., Csabai I., Szallasi Z., Gusev A., Freedman ML., A biallelic multiple nucleotide length polymorphism explains functional causality at the 5p15.33 prostate cancer risk locus.

Pre-print

Vizkeleti L., Kiss C., Tisza V., Szigeti A., Gellert A., Csabai I., Pongor LS., Spisak S.,^# (2023) Epigenetic regulation explains the functionality behind colon cancer specific biomarker Septin9. BioRxiv

Prosz A., Duan H., Tisza V., Sahgal P., Topka S., Klus GT., Börcsök J., Sztupinszki Z., Hanlon T., Diossy M., Vizkeleti L., Stormoen DR., Csabai I., Pappot H., Vijay J., Offit K., Ried T., Sethi NS., Mouw KW, Spisak S^#, Pathania S^#, Szallasi Z^# (2023) Nucleotide excision repair deficiency is a targetable therapeutic vulnerability in clear cell renal cell carcinoma. BioRxiv

Gusev A.*, Spisak S.*, Fay AP., Carol H., Vavra KC., Signoretti S., Tisza V., Pomerantz M., Abbasi F., Seo JH., Choueiri TK., Lawrenson K., Freedman ML., Allelic imbalance reveals widespread germline-somatic regulatory differences and prioritizes risk loci in Renal Cell Carcinoma. BioRxiv

Spisak S., Chen D., Likasitwatanakul P., Doan P., Li X., Vizkeleti L., Tisza V., Silva PD., Giannakis M., Wolpin B., Qi J., Sethi NS., Utilizing a dual endogenous reporter system to identify functional regulators of aberrant stem cell and differentiation activity in colorectal cancer. BioRxiv

Csoportkép (2023)

Vezető

Munkatársak

A Reprodukció Rendszerbiológiája Lendület Kutatócsoport a terhességi kórképek szülészeti, biológiai, immunológiai, patológiai, és rendszerbiológiai aspektusait vizsgálja. A kutatási téma jelentőségét az adja, hogy a terhességek 70%-a, a klinikailag felismert terhességek 15%-a végződik vetéléssel, és a várandósok mintegy 25%-ánál lép fel az anya és/vagy magzata egészségét veszélyeztető egyéb kórkép. A munkacsoport a vetélések és terhességi kórképek kialakulásában központi szerepet játszó jelátviteli útvonalak felderítését és karakterizálását tűzte ki célul. A kutatások központjában az anyai-magzati immuntolerancia, trophoblast invázió és differenciáció összetett és egymással összefüggő zavarainak rendszerbiológiai vizsgálata áll. A kutatások eredményeképpen a kórfolyamatok molekuláris útvonalainak és szabályzási hálózatainak leírására, valamint új biomarkerek és gyógyszer-hatáspontok azonosítására nyílik lehetőség.

Tudományos együttműködések

• Természettudományi Kutatóközpont
• Debreceni Egyetem
• Eötvös Loránd Tudományegyetem
• Pécsi Tudományegyetem
• Semmelweis Egyetem
• Petz Aladár Megyei Oktatókórház
• Szegedi Biológiai Központ
• GraviDiagnostics Kft.
• Maternity Klinika

• Perinatology Research Branch, National Institutes of Health (Detroit, MI, USA)
• Wayne State University (Detroit, MI, USA)
• University of Southern California (Los Angeles, CA, USA)
• Zymo Research Corporation (Irvine, CA, USA)
• Ben Gurion University (Beer Sheva, Izrael)
• University of Basel (Bázel, Svájc)
• Medical University of Vienna (Bécs, Ausztria)
• Monash University (Clayton, Ausztrália)
• Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf (Hamburg, Németország)
• Biognosys AG (Schlieren, Svájc)
• University of Bologna (Bologna, Olaszország)
• Tampere University (Tampere, Finnország)

Oktatási tevékenység

Posztgraduális oktatás:

• Semmelweis Egyetem – Fejezetek a terhesség immunbiológiájából
• Eötvös Loránd Tudományegyetem – A terhesség immunológiája rendszerbiológiai szemlélettel

PhD témavezetés:

• Semmelweis Egyetem, Rácz Károly Klinikai Orvostudományok Doktori Iskola – A nagy szülészeti kórképek patomechanizmusai, korai predikciója és diagnózisa
• Eötvös Loránd Tudományegyetem Biológiai Doktori Iskola – Az anyai-magzati kapcsolat sejtes és molekuláris szintű immunszabályozása

Kutatási hírek

• https://www.innoteka.hu/cikk/atuto_eredmenyek_a_preeclampsia_teren.2411.html
• http://mta.hu/tudomany_hirei/a-vilagon-elsokent-azonositottak-lenduletes-kutatok-egy-varandos-nok-es-magzataik-eletet-veszelyezteto-betegseg-korai-korfolyamatait-108944
• http://www.ttk.mta.hu/aktualis-hirek/a-vilagon-elsokent-azonositottak-lenduletes-kutatok-egy-a-varandos-nok-es-magzataik-eletet-veszelyezteto-betegseg-korai-korfolyamatait
• https://fiek.elte.hu/content/a-praeeclampsia-uj-korfolyamatainak-felfedezese.t.3913
• https://index.hu/techtud/egeszseg/2018/08/08/magyar_kutato_vezetesevel_fejtettek_meg_egy_veszelyes_terhessegi_betegseg_kialakulasat/

Jelenlegi pályázati támogatásaink

• NKFIH 2020-1.1.2-PIACI-KFI-2021-00273
• NKFIH 2019-2.1.7-ERA-NET-2020-00014

Perinatális Biobank hírek

• https://fiek.elte.hu/content/kutatasok-a-genanalitikai-laboratoriumban-es-perinatalis-biobankban.t.4816
• http://www.ttk.mta.hu/aktualis-hirek/a-magyar-tudomany-unnepe-alkalmabol-mutattak-be-az-mta-ttk-ban-kialakitott-nemzetkozileg-is-kiemelkedo-szinvonalu-genanalitikai-laboratoriumot-es-perinatalis-biobankot

Riportok, előadások

• http://novumtv.hu/adasaink/2015-12-26
• http://rtl.hu/rtlklub/fokusz/magyar-csapat-ert-el-attorest-a-hellp-szindroma-kutatasaban
• http://www.labroots.com/webinar/epigenetics-human-health-disease

Kutatócsoportunk címlapon

 

 

Vezető

Dr. Than Nándor Gábor, tudományos főmunkatárs

• MTMT: https://vm.mtmt.hu//search/slist.php?lang=0&AuthorID=10011696

• Google Tudós: https://scholar.google.hu/citations?user=ECdMsVAAAAAJ&hl=hu&oi=ao

• http://mta.hu/lendulet/than-nandor-gabor-lendulet-osztondijas-kutato-106439

Munkatársak

Kutatási terület:

A gyógyszeres terápia során jelentkező nem-kívánt mellékhatások részben a gyógyszer-lebontás eltéréseiből vagy megváltozásából fakadnak. A kutatócsoport munkatársai több mint 20 éve foglalkoznak a gyógyszerek lebontásában és kiürítésében mutatkozó egyéni különbségekkel. Érdeklődésük középpontjában a gyógyszerek és egyéb testidegen anyagok metabolizmusában meghatározó szerepet játszó citokróm P450 (CYP) enzimek működése és szabályzása áll.

Biokémiai, molekuláris biológiai és tömegspektrometriai módszerekkel vizsgálják I) a forgalomban lévő gyógyszerek, és a fejlesztés alatt álló gyógyszerjelöltek metabolizmusát és farmakokinetikai interakciós sajátságait, II) a CYP enzimek expresszióját, működését befolyásoló tényezőket (hormonális hatások, betegségek, gyógyszeres terápia), III) valamint az egyéni gyógyszer-metabolizáló képesség meghatározásával a személyre szabott gyógyszeres terápia kialakításához nyújtanak diagnosztikai hátteret.

Kutatási témák:

1. CYP enzimek aktivitását befolyásoló genetikai és nem-genetikai tényezők

A gyógyszer-hatóanyagok metabolizmusában résztvevő CYP enzimek farmakogenetikai vizsgálata hozzájárul a személyre szabott gyógyszeres terápia kialakításához. A gyógyszer-metabolizáló enzimek fenotípusos megjelenését elsősorban az enzimek genetikai polimorfizmusai (funkció-vesztő vagy funkció-fokozó mutációk, génkópiaszám-változások) befolyásolják, amely csökkent vagy fokozott enzimaktivitást, illetve akár a teljes enzimfunkció kiesést is eredményezhet. Azonban a genotípus alapján várható aktivitáshoz képest időszakosan csökkent/növekedett metabolizáló képesség figyelhető meg nem-genetikai tényezők (például kor, nem, gyógyszer-kölcsönhatásból fakadó enzimgátlás és indukció, illetve megbetegedések) hatására. Ezt a jelenséget fenokonverziónak nevezzük, mely jelentősen torzíthatja a hatóanyagok biotranszformációjában kiemelkedő szerepű enzimek genotípus alapú aktivitás becslését.

Genetikai és nem-genetikai faktorok szerepe az egyéni gyógyszer-metabolizáló kapacitás kialakításában.

Klinikailag releváns polimorf CYP allélvariánsok és nem-genetikai faktorok hatását értékelték humán májszövet-minták felhasználásával. A polimorf CYP allélvariánsok hatásának becsléséhez elengedhetetlen a génspecifikus és pontos genotipizálási és haplotípus meghatározási módszerek alkalmazása, mely a CYP1A2, CYP2B6 és CYP2D6 enzimek esetében komoly PCR alapú módszer fejlesztéseket igényelt. A genetikai tényezők mellett számos nem-genetikai tényező, mint a nem, gyógyszeres kezelések, krónikus alkohol fogyasztás szerepe is jelentősnek bizonyult az egyes CYP fenotípusok kialakításában, például a CYP2B6, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6 fenokonverziójában.

A máj CYP2C9 aktivitása (tolbutamid 4’-hidroxiláció) különböző CYP2C9 genotípusú egyénekben. A CYP2C9 genotípus alapján várható aktivitást nem-genetikai tényezők (CYP2C9 induktor és inhibitor terápia, amoxicillin+klavulánsav kezelés, krónikus alkoholfogyasztás) módosították, míg a CYP2C8 genotípus nem befolyásolta. A CYP2C9 medián aktivitása (szaggatott vonal) a közepesen magas („High intermediate”) és közepesen alacsony („Low intermediate”) metabolizálók közötti határértéket jelenti. PM: gyenge metabolizáló; IM: átlagos metabolizáló; EM: extenzív metabolizáló. * P<0.05; ** P<0.001  https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34429480/

A szteroid homeosztázis és a gyógyszer metabolizmus összefüggéseinek modellezése

A hormonális állapot természetes változásai, valamint a terápiában alkalmazott szteroid típusú vegyületek jelentős változásokat okozhatnak a CYP gén-expresszióban, illetve a CYP enzimfehérje szintekben. Vizsgálják a dehidroepiandroszteron, a dexametazon, és a koleszterin, mint szterán vázas vegyületek és a gyógyszer-metabolizáló CYP enzimek kapcsolatát is.

A dehidroepiandroszteron aktiválja a májban a CAR (konstitutív androsztán receptor) nukleáris receptort, amely sejtmagba lépve indukálja a CYP2B6, CYP2C9, CYP2C19 és CYP3A4 enzimek transzkripcióját.

2. A gyógyszer-metabolizáló képességhez igazított személyre szabott terápia kialakítása

A CYPtest^TM diagnosztikai rendszer a gyógyszer-metabolizmusban résztvevő CYP enzimek aktuális szintjének meghatározásán (CYP expresszió), és a DNS analízissel megállapítható génhiba kimutatásán (CYP-genotipizálás) alapul. A módszert olyan betegcsoportoknál alkalmazzák, ahol több hatóanyag kerül együttes adagolásra, vagy ahol az egyéni gyógyszeres kezelés jelentősen javíthatja a gyógyszerek hatékonyságát és nagyban csökkentheti a toxicitás kockázatát. A módszer meghatározza a betegek (szervátültetett, pszichiátriai és neurológiai betegek, máj- és veseelégtelenségben, kardiovaszkuláris megbetegedésekben szenvedők) csökkent vagy fokozott gyógyszer-lebontó képességét, amely a gyógyszerhatás elmaradásához vagy súlyos mellékhatások kialakulásához vezethet. A CYP-státusz alapján előre jelzett ’gyenge vagy extenzív metabolizáló’ fenotípushoz igazított gyógyszerválasztással és dózis-optimalizálással a betegek hatékonyabb, kevesebb mellékhatással járó és költségtakarékos egyéni terápiája alakítható ki.

Személyre szabott gyógyszeres terápia lehetőségei

A kutatók szisztematikusan feltérképezték a gyógyszer metabolizmusban résztvevő CYP enzimek szerepét a pszichiátriai és neurológiai betegek kezelésében leggyakrabban alkalmazott antipszichotikumok, hangulat-stabilizálók és antiepileptikumok metabolizmusában, valamint a szervátültetett betegeknél alkalmazott immunszuppresszánsok eliminációjában. Vizsgálják, hogy a CYP enzimek interindividuális aktivitásbeli különségei (genetikai és nem-genetikai hátterű) milyen mértékben járulnak hozzá a gyógyszer hatékonyság és toxicitás egyéni eltéréseihez.

2.1. A CYP3A-státuszt meghatározó CYP3A5 genotípus és CYP3A4 expresszió befolyásolja a szervátültettek immunszuppresszív terápiáját. Máj-transzplantáltaknál a donor máj CYP3A-státusza felelős a ciklosporin, illetve a takrolimusz vérszint kialakításáért a recipiensekben. Az alacsony, vagy magas CYP3A4 expressziót mutató, illetve a CYP3A5*1 allélt hordozó májgrafttal transzplantált betegeknél a kiindulási kalcineurin inhibitor dózis jelentős módosítására van szükség. A donor CYP3A-státuszának meghatározása segítséget nyújt a recipiens műtét utáni kalcineurin inhibitor immunszuppreszáns terápiájának ésszerű módosításához.

A donor máj CYP3A-státusza alapján megkezdett takrolimusz terápia szignifikánsan csökkenti a takrolimusz terápiás koncentrációjának eléréséhez szükséges időt a klasszikus klinikai gyakorlat szerint dozírozott páciensekhez képest (4 nap vs 8 nap, P <0,0001). Az akut kilökődési epizódok (3,6 % vs 23,8%, P <0,0001) és a takrolimusz által kiváltott nefrotoxicitás (8 vs 27%, P = 0,0004) is ritkábban fordul elő a CYP3A-státuszhoz igazított takrolimusz kezelés során.

A) A donor máj CYP3A-statusának (CYP3A5 genotípus és CYP3A4 expresszió) hatása a takrolimus vérszintekre májtranszplantáción átesett betegeknél B) A recipiensek takrolimus dózisigénye különböző CYP3A-statusú májgraftok esetén (Low, Normal, High: alacsony, átlagos és magas szintű CYP3A4 expresszió; ns: nem szignifikáns)

A máj-transzplantáltaknál szerzett tapasztalatok hozzájárultak a szív-transzplantáción átesett betegek immunszuppressziós terápiájának beállításához. A posztoperatív terápia kezdeti időszakában nagy dózisú kortikoszteroid kezelés kihat a betegek gyógyszer-metabolizáló képességére a CYP3A enzimek transzkripciójának szabályozásán keresztül. A kutatócsoport szívtranszplantáción átesett betegek nyomon követésével a műtétet követő 15 hónapos időtartamban vizsgálta a recipiensek gyógyszer-metabolizáló képességének változását és azokat a tényezőket, amelyek módosíthatják az immunszuppresszív hatóanyagok (elsősorban a takrolimusz) farmakokinetikáját. https://www.nature.com/articles/s41598-021-00942-y

A dózissal normalizált takrolimusz vérkoncentráció a CYP3A5*3/*3 genotípussal rendelkező (CYP3A5 enzimhiányos) (A) és CYP3A5*1 alléllal rendelkező (B) szívtranszplantált recipienseknél a műtétet követő 15 hónapos időszakban. A szaggatott vonal a kortikoszteroid napi dózisát jelöli *P <0,0001

2.2. A CYP2C9 csökkent működésének klinikai következményeit vizsgálták epilepsziás gyermekek bevonásával is. A kutatók megállapították, hogy a valproát, az epilepszia kezelésében elsőként választott szer metabolizmusát gyermekekben elsősorban a CYP2C9 enzim katalizálja. A CYP2C9 génben előforduló funkció-vesztő mutációk azonban csak rész-információt szolgáltatnak a beteg valproát-lebontó képességéről, a vérszint kialakulásában jelentős szerepe van a CYP2C9 expressziójának.

A CYP2C9-status hatása a gyermekek valproát szérumkoncentrációira (CYP2C9*1/mut: heterozigóta CYP2C9 genotípus (CYP2C9*1/*2 vagy CYP2C9*1/*3); normal: átlagos CYP2C9 expresszálók; Low: alacsony CYP2C9 expresszálók)

A kutatók a betegek CYP2C9 státusza alapján javaslatot tettek az optimális vérszintet eredményező valproát adagolásra.

A különböző CYP2C9-statussal rendelkező epilepsziás gyermekek napi valproát dózis igénye

A CYP2C9 genotípus és a CYP2C9 expresszió együttes értékelésével meghatározott valproát dozírozás jelentősen csökkentette a terápiás vérszinttől eltérő (magasabb vagy alacsonyabb) valproát koncentrációk kialakulását, a kóros alkalikus foszfatáz emelkedést, valamint a súlyos mellékhatás, a hiperammonémia gyakoriságát.

2.3. A görcsgátló, nyugtató hatású klonazepam mellékhatásai a metabolizmusában résztvevő CYP3A és NAT2 (N-acetil-transzferáz 2) enzimeknél megfigyelhető jelentős egyéni különbségekre vezethetők vissza. Pszichiátriai betegek bevonásával végzett vizsgálatok során igazolták, hogy a klonazepam plazmakoncentrációja összefüggésben van a betegek CYP3A4 expressziójával, azonban a CYP3A5 és NAT2 genotípus nincs hatással a ’steady-state’ klonazepam koncentrációra.

A) Normalizált klonazepam vérszintek és a CYP3A4 expresszió közötti összefüggés ( a sárga pontok a CYP3A5*1/*3 genotípusú betegeket, — a mediánt jelöli) B) A CYP3A4 expresszió és a NAT2 acetiláló fenotípus hatása a 7-aminoklonazepam/klonazepam koncentráció arányára (Low: alacsony CYP3A4 expresszálók, Normal: átlagos CYP3A4 expresszálók, High: magas CYP3A4 expresszálók; Slow: lassú NAT2 acetilálók, Fast: gyors NAT2 acetilálók)

Ugyanakkor a normál CYP3A4 aktivitás lassú NAT2 acetiláló képességgel párosulva a 7-aminoklonazepam metabolit felhalmozódásához vezet, amely rontja a klonazepam hatékonyságát és a gyógyszer visszavonásakor súlyos megvonási tünetek kialakulásához vezet. A betegek CYP3A4 expressziójának és a NAT2 genotípusának ismerete segíti a mellékhatások szempontjából nagy kockázatú betegek beazonosítását és a személyre szabott klonazepam terápia kialakítását.

2.4. A terápia rezisztens szkizofrénia kezelésének leghatékonyabb ágense a klozapin. Ugyanakkor a terápia sikeressége nagyban függ a klozapin vérszintek alakulását befolyásoló tényezőktől. Alacsony CYP1A2 expresszió esetén, a klozapin vérszintek alakulásában a CYP3A4-státusz ismerete a meghatározó. Működőképes CYP3A5*1 allél jelenléte pedig alacsony CYP3A4 expresszió esetén van hatással klozapin koncentrációkra. A klozapin N-oxid/klozapin és a norklozapin/klozapin koncentráció arányok szintén a CYP3A4 expresszióval mutattak összefüggést, tovább erősítve a CYP3A4 enzim szerepét a klozapin lebontásában.

3. In vitro modellek fejlesztése

Gyógyszerhatóanyagok in vitro vizsgálatára különböző in vitro modelleket születtek, amelyek jól használhatóak farmakológiai, farmakokinetikai és toxicitási vizsgálatokban.

3.1. Humán indukált pluripotens őssejt alapú agyi organoidok használata farmakológiai és toxicitási vizsgálatokban

Az elöregedő társadalmaknak új kihívásokkal kell szembenézniük, amelyek közül az egyik legsúlyosabb a neurodegeneratív és a tumoros betegségek egyre gyakoribb megjelenése. Annak érdekében, hogy ezekkel a betegségekkel sikeresen lehessen felvenni a harcot a modellrendszerek fejlesztésekor a kutatók az emberi szervezet minél pontosabb leképezésére törekednek. Az agy esetében erre képesek a cerebrális organoidok, amelyek nem csak a kortikális lemezt alkotó sejttípusokat, de azok strukturális elrendeződését is megfelelően reprodukálják. Ezekből az organoidokból olyan szelettenyészeteket hoznak létre, amelyek levegő-folyadék határon növesztve akár egy évig is fenntarthatóak. Így ki tudnak fejlődni érett neuronális és glia sejttípusok, amelyek lehetővé teszik neurodegenratív betegségek, mint az amiotrófiás laterálszklerózis vagy a frontotemporális demencia (ALS/FTD) korai sejt típus specifikus patológiás elváltozásainak vizsgálatát és olyan gyógyszermolekulák kutatását, amelyek képesek megelőzni vagy lassítani a betegséget (Szebényi et al., 2021). http://www.ttk.hu/aktualis-hirek/laboratoriumban-novesztett-vilagszinvonalu-mini-agy-betegsegmodell-valik-elerhetove-a-termeszettudomanyi-kutatokozpontban

3.2. Terápia-rezisztenciához vezető farmakokinetikai változások daganatokban

Az Országos Korányi Pulmonológia Intézettel és a Gyógyszer Rezisztencia Kutatócsoporttal folytatott együttműködésben a kutatók arra keresik a választ, hogy a daganat-terápiában tapasztalt és nagy problémát jelentő terápia-rezisztencia milyen farmakokinetikai változás(ok)nak köszönhető(ek).Céljuk olyan sejt-modell létrehozása, amelyben vizsgálni tudják a paclitaxel metabolizmusában résztvevő enzimek kópiaszám-változását és a paclitaxel citotoxicitását a mesterségesen rezisztenssé tett (különböző metabolizáló képességű, eltérő CYP kópiaszámú) sejtekben.

3.3. Biomarkerek fejlesztése toxikológiai és biztonsági vizsgálatokhoz

A kutatócsoport által végzett munka egyik fő célkitűzése, hogy olyan extracelluláris mikroRNS alapú biomarkereket találjanak, amelyek szervspecifikusan, a hagyományos eljárásoknál hamarabb képesek egy adott szerv károsodását jelezni. A miRNS-ek olyan RNS molekulák, melyek fehérjét nem kódolnak, de kapcsolódni tudnak az mRNS-ek 3’ nem transzlálódó régiójához, és gátolják annak átírását, valamint indukálják degradációját. A miRNS-ek funkcionális szempontból meghatározott hányada extracelluláris vezikulákban találhatóak. Az új biomarker-jelöltek validálását in vitro patkány sejt-modellen és in vivo kisállat modellen végzik.

3.4. Immunszuppresszió hatékonyságának megállapítása in vitro modellben

A kutatók ex vivo immunstimuláción alapuló modellt dolgoztak ki perifériás vér mononukleáris sejteken, amellyel immunszuppresszív hatóanyagok jellemezhetők a pro-inflammatorikus citokinek expressziójára gyakorolt gátló hatásuk alapján. A modellt a szervtranszplantáció utáni immunszuppressziós terápia hatékonyságának vizsgálatára, illetve az esetlegesen kialakuló akut rejekciós események immunológiai hátterének vizsgálatára kívánják alkalmazni.

Műszerek, berendezések:

• Sejt-tenyésztő laboratórium CO₂-inkubátorral, steril fülkével, mikroszkóppal
• HPLC UV-VIS, radiodetektor
• Fluoriméter
• NanoDrop 1000 spektrofotométer
• Real-time PCR és end-point PCR készülékek (BioRad)
• Fluidigm Biomark^TM HD nagy áteresztőképességű PCR rendszer
• Bio-Rad Droplet Digital PCR rendszer
• QuantStudio 5 real-time PCR rendszer
• Agilent 4200 TapeStation nukleinsav analizátor
• Western blot analízishez szükséges készülékek
• Ultracentrifuga

Együttműködések:

• Faculty of Medicine, University of Ljubljana, Ljubljana, Szlovénia – A koleszterin homeosztázis és a gyógyszer-metabolizmus kapcsolata
• Palacky University, Olomouc, Cseh Köztársaság – Szteroid típusú vegyületek (dexametazon, dehidroepiandroszteron) hatása a gyógyszer-metabolizáló citokróm P450 enzimekre
• INSERM (Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale) U632, Montpellier, Franciaország – Nukleáris receptorok a citokróm P450 gének szabályzásában betöltött szerepének vizsgálata
• Cambridge-i Egyetem, Klinikai Idegtudományi Tanszék, Lakatos csoport – ALS/FTD organoid modellek fejlesztése
• Semmelweis Egyetem, Transzplantációs és Sebészeti Klinika, Budapest – Transzplantált betegek gyógyszer-lebontó képességének vizsgálata; A ciklosporin metabolizmusából fakadó toxicitás megelőzése és kivédése
• Semmelweis Egyetem, Városmajori Szív- és Érsebészeti Klinika – Szív-transzplantált betegek gyógyszer-lebontó képességének vizsgálata; immunszuppresszív gyógyszerek metabolizmusából fakadó toxicitás megelőzése és kivédése
• Semmelweis Egyetem, Pszichiátriai és Pszichoterápiás Intézet Kórháza – Személyre szabott antipszichotikum terápia kialakításának lehetőségei
• Semmelweis Egyetem II. sz. Gyermekklinika, Budapest – CYP kópiaszám változások daganatos szövetekben
• Heim Pál Gyermekkórház, Madarász utcai Kórháza, Budapest – Személyre szabott antiepileptikum terápia kialakítása
• Egyesített Szent István és Szent László Kórház Rendelőintézet, Budapest – Személyre szabott terápia kialakítása csontvelő transzplantált betegeknél
• Országos Korányi TBC és Pulmonológia Intézet – A gyógyszerrezisztencia mechanizmusainak vizsgálata, célzott terápiák tervezése
• Energiatudományi Kutatóközpont, Mikrorendszerek Laboratóriuma – Fiziológiás organoid tenyésztési technológia kidolgozása

Oktatási tevékenység:

• Semmelweis Egyetem, Budapest
• Eötvös Loránd Tudományegyetem, Budapest
• Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Budapest

Válogatott publikációk:

Szebényi K, Wenger LMD, Sun Y, Dunn AWE, Limegrover CA, Gibbons GM, Conci E, Paulsen O, Mierau SB, Balmus G and Lakatos A: Human ALS/FTD Brain Organoid Slice Cultures Display Distinct Early Astrocyte and Targetable Neuronal Pathology. Nature Neuroscience 24: 1542–1554, 2021

Déri M, Szakál-Tóth Zs, Fekete F, Mangó K, Incze E, Minus A, Merkely B, Sax B, Monostory K: CYP3A-status is associated with blood concentration and dose-requirement of tacrolimus in heart transplant recipients Scientific Reports 11: 21389, 2021

Fekete F, Mangó K, Déri M, Incze E, Minus A, Monostory K: Impact of genetic and non-genetic factors on hepatic CYP2C9 expression and activity in Hungarian subjects. Scientific Reports 11: 17081, 2021

Csikány N, Kiss Á, Déri M, Fekete F, Minus A, Tóth K, Temesvári M, Sárváry E, Bihari L, Gerlei Zs, Kóbori L, Monostory K: Clinical significance of personalized tacrolimus dosing by adjusting to donor CYP3A-status in liver transplant recipients. British Journal of Clinical Pharmacology 87: 1790–1800, 2021

Menus Á, Kiss Á, Tóth K, Sirok D, Déri M, Fekete F, Csukly G, és Monostory K: Association of clozapine-related metabolic disturbances with CYP3A4 expression in patients with schizophrenia. Scientific Reports 10: 212383, 2020

Déri M. T, Kiss Á. F, Tóth K, Paulik J, Sárváry E, Kóbori L, Monostory K: End-stage renal disease reduces the expression of drug-metabolizing cytochrome P450s. Pharmacological Reports 72: 1695–1705, 2020

Kiss Á, Menus Á, Tóth K, Déri M, Sirok D, Gabri E, Belic A, Csukly G, Bitter I, Monostory K: Phenoconversion of CYP2D6 by inhibitors modifies aripiprazole exposure. European Archives of Psychiatry and Clinical Neuroscience 270: 71–82, 2019

Monostory K, Nagy A, Tóth K, Bűdi T, Kiss Á, Déri M, Csukly G: Relevance of CYP2C9 function in valproate therapy. Current Neuropharmacology 17: 99–106, 2019

Kiss Á. F, Vaskó D, Déri M. T, Tóth K, Monostory K: Combination of CYP2C19 genotype with non-genetic factors evoking phenoconversion improves phenotype prediction. Pharmacological Reports 70: 525–532, 2018

Kiss Á, Tóth K, Juhász C, Temesvári M, Paulik J, Hirka G, Monostory K: Is CYP2D6 phenotype predictable from CYP2D6 genotype? Microchemical Journal 136: 209-214, 2018

Tóth K, Csukly G, Sirok D, Belic A, Kiss Á, Háfra E, Déri M, Menus Á, Bitter I, Monostory K: Potential role of patients’ CYP3A-status in clozapine pharmacokinetics. International Journal of Neuropsychopharmacology 20: 529-537, 2017

Tóth K, Csukly G, Sirok D, Belic A, Háfra E, Kiss Á, Déri M, Menus Á, Bitter I, Monostory K: Optimization of clonazepam therapy adjusted to patient’s CYP3A-status and NAT2 genotype. International Journal of Neuropsychopharmacology 19: 1-9, 2016

Bűdi T, Tóth K, Nagy A, Szever Z, Kiss Á, Temesvári M, Háfra E, Garami M, Tapodi A, Monostory K: Clinical significance of CYP2C9-status guided valproic acid therapy in children. Epilepsia 56: 849-855, 2015

Monostory K, Tóth K, Kiss Á, Háfra E, Csikány N, Paulik J, Sárváry E, Kóbori L: Personalizing calcineurin inhibitor therapy by adjusting to donor CYP3A-status in liver transplant patients British Journal of Clinical Pharmacology 80: 1429-1437, 2015

Tóth K, Bűdi T, Kiss Á, Temesvári M, Háfra E, Nagy A, Szever Z, Monostory K: Phenoconversion of CYP2C9 in epilepsy limits the predictive value of CYP2C9 genotype in optimizing valproate therapy. Personalized Medicine 12: 199-207, 2015

Szebényi K, Péntek A, Erdei Z, Várady G, Orbán TI, Sarkadi B, Apáti Á: Efficient generation of human embryonic stem cell-derived cardiac progenitors based on tissue-specific enhanced green fluorescence protein expression. Tissue Engineering, Part C: Methods 21: 35-45, 2015

Szebényi K, Füredi A, Kolacsek O, Csohány R, Prókai Á, Kis-Petik K, Szabó A, Bősze Z, Bender B, Tóvári J, Enyedi Á, Orbán TI, Apáti Á, Sarkadi B: Visualization of Calcium Dynamics in Kidney Proximal Tubules. Journal of the American Society of Nephrology 26: 2731-2740, 2015

Szebényi K, Füredi A, Kolacsek O, Pergel E, Bősze Z, Bender B, Vajdovich P, Tóvári J, Homolya L, Szakács G, Héja L, Enyedi Á, Sarkadi B, Apáti Á, Orbán TI: Generation of a Homozygous Transgenic Rat Strain Stably Expressing a Calcium Sensor Protein for Direct Examination of Calcium Signaling. Scientific Reports 5: 12645, 2015

Belic A, Tóth K, Vrzal R, Temesvári M, Porrogi P, Orbán E, Rozman D, Dvorak Z, Monostory K: Dehydroepiandrosterone post-transcriptionally modifies CYP1A2 induction involving androgen receptor. Chemico-Biological Interactions 203: 597-603, 2013

Temesvári M, Kóbori L, Paulik J, Sárváry E, Belic A, Monostory K: Estimation of drug-metabolizing capacity by cytochrome P450 genotyping and expression. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics 341: 294-305, 2012

Temesvári M, Paulik J, Kóbori L, Monostory K: High-resolution melting curve analysis to establish CYP2C19*2 single nucleotide polymorphism: comparison with hydrolysis SNP analysis. Molecular and Cellular Probes 25: 130-133, 2011

Monostory K, Dvorak Z: Steroid regulation of drug-metabolizing cytochromes P450. Current Drug Metabolism 12: 154-172, 2011

Rezen T, Rozman D, Pascussi J-M, Monostory K: Interplay between cholesterol and drug metabolism. Biochim Biophys Acta – Proteins and Proteomics 1814: 146-160, 2011

Rozman D, Monostory K: Perspectives of the non-statin hypolipidemic agents. Pharmacology and Therapeutics 127: 19-40, 2010

Belic A, Temesvári M, Kőhalmy K, Vrzal R, Dvorak Z, Rozman D, Monostory K: Investigation of the CYP2C9 induction profile in human hepatocytes by combining experimental and modelling approaches. Current Drug Metabolism 10: 457-461, 2009

Monostory K, Pascussi J-M, Kóbori L, Dvorak Z: Hormonal regulation of CYP1A expression. Drug Metabolism Reviews 41: 547-572, 2009

Monostory K, Pascussi J-M, Szabó P, Temesvári M, Kőhalmy K, Acimovic J, Kocjan D, Kuzman D, Wilzewski B, Bernhardt R, Kóbori L, Rozman D: Drug-interaction potential of 2-((3,4-(dichlorophenethyl(propyl)amino)-1-(pyridin-3-yl)ethanol (LK-935), the novel non-statin type cholesterol lowering agent. Drug Metabolism and Disposition 37: 375-385, 2009

Kóbori L, Kőhalmy K, Porrogi P, Sárváry E, Gerlei Zs, Fazakas J, Nagy P, Járay J, Monostory K: Drug-induced liver graft toxicity caused by cytochrome P450 poor metabolism. British Journal of Clinical Pharmacology 65: 428-436, 2008

Kőhalmy K, Tamási V, Kóbori L, Sárváry E, Pascussi J-M, Porrogi P, Rozman D, Prough RA, Meyer UA, Monostory K: Dehydroepiandrosterone induces human CYP2B6 through the constitutive androstane receptor. Drug Metabolism and Disposition 35: 1495-1501, 2007

Monostory K, Kőhalmy K, Prough, RA, Kóbori L, Vereczkey L: The effect of synthetic glucocorticoid, dexamethasone on CYP1A1 inducibility in adult rat and human hepatocytes. FEBS Letters 579: 229-235, 2005

Monostory K, Hazai E, Vereczkey L: Inhibition of cytochrome P450 enzymes participating in p-nitrophenol hydroxylation by drugs known as CYP2E1 inhibitors. Chemico-Biological Interactions 147: 331-340, 2004

Szűcs G, Tamási V, Laczay P, Monostory K: Biochemical background of toxic interaction between tiamulin and monensin. Chemico-Biological Interactions 147: 151-161, 2004

Tamási V, Hazai E, Porsmyr-Palmertz M, Ingelman-Sundberg M, Vereczkey L, Monostory K: GYKI-47261, a new AMPA antagonist is a CYP2E1 inducer. Drug Metabolism and Disposition 31:1310-1314, 2003

Tamási V, Vereczkey L, Falus A, Monostory K: Some aspects of interindividual variations in the metabolism of xenobiotics. Inflammation Research 52:322-333, 2003

Hazai E, Vereczkey L, Monostory K: Reduction of toxic metabolite formation of acetaminophen. Biochemical Biophysical Research Communications 291: 1089-1094, 2002

Tamási V, Kiss Á, Dobozy O, Falus A, Vereczkey L, Monostory K: The effect of dexamethasone on P450 activities in regenerating liver. Biochemical Biophysical Research Communications 286: 239-242, 2001

Monostory K, Vereczkey L, Lévai F, Szatmári I: Iprifalvone as an inhibitor of human cytochrome P450 enzymes. British Journal of Pharmacology 123: 605-610, 1998

Monostory K, Jemnitz K, Vereczkey L, Czira G: Species differences in metabolism of panomifene, an analogue to tamoxifen. Drug Metabolism and Disposition 25: 1370-1378, 1997

Monostory K, Vereczkey L: The effect of phenobarbital and dexamethasone coadministration on the activity of rat liver P450 system. Biochemical Biophysical Research Commununications 203: 351-358, 1994

Vezető

Monostory Katalin

Munkatársak

A Génreguláció Kutatócsoporton belül három, egymással szorosan együttműködő kutatólaboratórium működik, a Transzpozonok és szabályozó RNS-ek Laboratórium (vezetője Orbán Tamás), a CRISPR Laboratórium (vezetője Welker Ervin) és a Membrán Transzporter Laboratórium (vezetője Sarkadi Balázs és Telbisz Ágnes). A korábbi Biomembrán Csoport kutatási hagyományaira építve a csoportok jelenleg a génexpresszió szabályozásának különböző aspektusait kutatják, illetve különféle molekuláris biológiai esszéket és vizsgálati módszereket fejlesztenek, amelyek humán betegségmodellek felállításában fontos szerepet játszanak.

Az Enzimológiai Intézetben több együttműködő csoport közül kiemelt partnerünk a Molekuláris Sejtbiológia Kutatócsoport (vezetője Homolya László), akikkel különösen a humán őssejtbiológia területén (laboratóriumvezető Apáti Ágota) sok közös projektben veszünk részt. Mindemellett igyekszünk kihasználni az ELKH – TTK által nyújtotta egyedülálló lehetőségeket, hogy együtt dolgozzunk különböző kutatócsoportokkal a kémia, a biológia és a kísérleti pszichológia területéről.

Transzpozonok és szabályozó RNS-ek Laboratórium

Vezetője: Dr. Orbán Tamás – tudományos főmunkatárs

 A laboratórium egyik fő kutatási területe az eukarióta DNS transzpozonok működésének vizsgálata emlős rendszerekben. Az endogén szabályozási folyamatok megértése mellett kíváncsiak vagyunk arra, hogy milyen molekuláris szintű védekezési folyamatok léteznek DNS transzpozonok ellen, és hogyan történhet a DNS transzpozonok domesztikációja, elsősorban az emberi genomban. Kutatásaink egyik fontos iránya továbbá a transzpozon-alapú génbeviteli eljárások fejlesztése: legfőképpen a Sleeping Beauty és a piggyBac transzpozonos rendszerek alkalmazása és hatékonyságának analízise emlős modellrendszerekben, beleértve az embrionális őssejteken történő alkalmazások vizsgálatát is.

A laboratórium másik fontos kutatási területe az RNS interferencia folyamatainak tanulmányozása, ezen belül is a mikroRNS molekulák érési folyamatainak vizsgálata. A molekuláris folyamatok részleteinek feltárása kapcsán kutatásaink középpontjában egyrészt a mikroRNS klaszterek regulációjának, másrészt az emlős mirtron útvonal szabályozási részleteinek a feltárása áll. Az utóbbi alternatív érési útvonal felhasználásával mindemellett olyan mesterséges mirtron eredetű mikroRNS molekulákat igyekszünk előállítani, amelyek később akár terápiás célokra is alkalmazhatóak lennének.

Csoportkép (2018):

Fontosabb publikációk:

Orbán TI: One locus, several functional RNAs-emerging roles of the mechanisms responsible for the sequence variability of microRNAs. Biologia Futura. 2023, online ahead of print: doi: 10.1007/s42977-023-00154-7.

Gyöngy Z, Mocsár G, Hegedűs É, Stockner T, Ritter Z, Homolya L, Schamberger A, Orbán TI, Remenyik J, Szakacs G, Goda K: Nucleotide binding is the critical regulator of ABCG2 conformational transitions. eLife. 2023, 12:e83976.

Reé D, Fóthi Á, Varga N, Kolacsek O, Orbán TI, Apáti Á: Partial disturbance of Microprocessor function in human stem cells carrying a heterozygous mutation in the DGCR8 gene. Genes. 2022, 13(11):1925. (cover page story)

Raskó T, Pande A, Radscheit K, Zink A, Singh M, Sommer C, Wachtl G, Kolacsek O, Inak G, Szvetnik A, Petrakis S, Bunse M, Bansal V, Selbach M, Orbán TI, Prigione A, Hurst LD, Izsvák Z: A novel gene controls a new structure: PiggyBac Transposable Element-Derived 1, unique to mammals, controls mammal-specific neuronal paraspeckles. Molecular Biology and Evolution. 2022, 39(10):msac175.

Wachtl G, Schád É, Huszár K, Palazzo A, Ivics Z, Tantos Á, Orbán TI: Functional characterization of the N-terminal disordered region of the piggyBac transposase. International Journal of Molecular Sciences. 2022, 23(18):10317.

Kolacsek O, Wachtl G, Fóthi Á, Schamberger A, Sándor S, Pergel E, Varga N, Raskó T, Izsvák Z, Apáti Á, Orbán TI: Functional indications for transposase domestications – characterization of the human piggyBac transposase derived (PGBD) activities. Gene. 2022,  834:146609.

Fóthi Á, Biró O, Erdei Z, Apáti Á, Orbán TI: Tissue-specific and transcription-dependent mechanisms regulate primary microRNA processing efficiency of the human chromosome 19 MicroRNA cluster. RNA Biology. 2021, 18(8):1170-1180.

Schamberger A, Várady G, Fóthi Á, Orbán TI: Posttranscriptional Regulation of the Human ABCG2 Multidrug Transporter Protein by Artificial Mirtrons. Genes. 2021, 12(7): 1068.

Reé D, Borsy A, Fóthi Á, Orbán TI, Várady G, Erdei Z, Sarkadi B, Réthelyi J, Varga N, Apáti Á: Establishing a human embryonic stem cell clone with a heterozygous mutation in the DGCR8 gene. Stem Cell Research. 2020, 50:102134.

Zámbó B, Mózner O, Bartos Z, Török G, Várady G, Telbisz Á, Homolya L, Orbán TI, Sarkadi B: Cellular expression and function of naturally occurring variants of the human ABCG2 multidrug transporter. Cellular and Molecular Life Sciences. 2020, 77(2):365-378.

Biró O, Fóthi Á, Alasztics B, Nagy B, Orbán TI, Rigó J Jr.: Circulating exosomal and Argonaute-bound microRNAs in preeclampsia. Gene. 2019, 692:138-144.

Kolacsek O, Orbán TI: Transcription activity of transposon sequence limits Sleeping Beauty transposition. Gene. 2018, 676:184-188.

Szádeczky-Kardoss I, Csorba T, Auber A, Schamberger A, Nyikó T, Taller J, Orbán TI, Burgyán J, Silhavy D: The nonstop decay and the RNA silencing systems operate cooperatively in plants. Nucleic Acids Research. 2018, 46(9):4632-4648.

Kolacsek O, Pergel E, Varga N, Apáti Á, Orbán TI: Ct shift: A novel and accurate real-time PCR quantification model for direct comparison of different nucleic acid sequences and its application for transposon quantifications. Gene. 2017, 598:43-49.

Sándor S, Jordanidisz T, Schamberger A, Várady G, Erdei Z, Apáti Á, Sarkadi B, Orbán TI: Functional characterization of the ABCG2 5′ non-coding exon variants: Stem cell specificity, translation efficiency and the influence of drug selection. Biochimica et Biophysica Acta – Gene Regulatory Mechanisms. 2016, 1859(7):943-51.

Szebényi K, Füredi A, Kolacsek O, Pergel E, Bősze Z, Bender B, Vajdovich P, Tóvári J, Homolya L, Szakács G, Héja L, Enyedi Á, Sarkadi B, Apáti Á, Orbán TI: Generation of a Homozygous Transgenic Rat Strain Stably Expressing a Calcium Sensor Protein for Direct Examination of Calcium Signaling. Scientific Reports. 2015, 5:12645.

Szebényi K, Füredi A, Kolacsek O, Csohány R, Prókai Á, Kis-Petik K, Szabó A, Bősze Z, Bender B, Tóvári J, Enyedi Á, Orbán TI, Apáti Á, Sarkadi B: Visualization of calcium dynamics in rat kidney proximal tubules. Journal of the American Society of Nephrology. 2015, 26(11):2731-40.

Schamberger A, Orbán TI: 3’ isomiR species and DNA contamination influence reliable quantification of microRNAs by stem-loop quantitative PCR. PLoS ONE. 2014, 9(8): e106315.

Kolacsek O, Erdei Z, Apáti A, Sándor S, Izsvák Z, Ivics Z, Sarkadi B, Orbán TI: Excision efficiency is not strongly coupled to transgenic rate: cell type dependent transposition efficiency of Sleeping Beauty and piggyBac DNA transposons. Human Gene Therapy Methods. 2014, 25(4):241-52.

Anita Schamberger and Tamás I. Orbán: Experimental validation of predicted mammalian miRNAs of mirtron origin. In: RNA Mapping, Methods and Protocols, Methods in Molecular Biology, Lucrecia Alvarez and Mahtab Nourbakhsh (Eds.). Springer Verlag, ISBN: 978-1-4939-1061-8, 2014; 1182:245-63.

Orsolya Kolacsek, Zsuzsanna Izsvák, Zoltán Ivics, Balázs Sarkadi, Tamás I. Orbán: Quantitative analysis of DNA transposon-mediated gene delivery: the Sleeping Beauty system as an example. In: Genomics III – Methods, Techniques and Applications, iConcept Press Ltd Book, ISBN: 978-1-922227-096, 2014, 97-123.

Schamberger A, Sarkadi B, Orban TI: Human mirtrons can express functional microRNAs simultaneously from both arms in a flanking exon-independent manner. RNA Biology. 2012, 9(9):1177-85. (cover page story)

Kolacsek O, Krízsik V, Schamberger A, Erdei Z, Apáti Á, Várady G, Mátés L, Izsvák Z, Ivics Z, Sarkadi B, Orbán TI: Reliable transgene-independent method for determining Sleeping Beauty transposon copy numbers. Mobile DNA. 2011, 2(1):5.

Tamás I. Orbán, Ágota Apáti, Zsuzsanna Izsvák, Zoltán Ivics and Balázs Sarkadi: Use of Transposon-Transposase Systems for Stable Genetic Modification of Embryonic Stem Cells. In: Methodological Advances in the Culture, Manipulation and Utilization of Embryonic Stem Cells for Basic and Practical Applications, Craig Atwood (Ed.). InTech, ISBN: 978-953-307-197-8; 2011: 259-274

Sarkadi B, Orbán TI, Szakács G, Várady G, Schamberger A, Erdei Z, Szebényi K, Homolya L, Apáti A: Evaluation of ABCG2 expression in human embryonic stem cells: crossing the same river twice? Stem Cells. 2010, 28(1):174-6.

Orbán TI, Apáti A, Németh A, Varga N, Krizsik V, Schamberger A, Szebényi K, Erdei Z, Várady G, Karászi E, Homolya L, Német K, Gócza E, Miskey C, Mátés L, Ivics Z, Izsvák Z, Sarkadi B: Applying a “double-feature” promoter to identify cardiomyocytes differentiated from human embryonic stem cells following transposon-based gene delivery. Stem Cells. 2009, 27(5):1077-87.

CRISPR Laboratórium

Vezető: Dr. Welker Ervin – tudományos tanácsadó

A laboratórium a CRISPR nukleázok működési mechanizmusát vizsgálja, genomszerkesztő eljárások hatékonyságának és pontosságának növelésén dolgozik. Kutatásuk elsősorban a Cas9 és Cas12a fehérjék működési módjának megértését tűzte ki célul, különös tekintettel a base editorokban és prime editorokban betöltött szerepükre. A csoport továbbá preklinikai eljárások kifejlesztésével foglalkozik genetikai betegségek génsebészeti gyógyítására összpontosítva.

Fontosabb publikációk:

András Tálas, Dorottya A. Simon, Péter I. Kulcsár, Éva Varga, Sarah L. Krausz & Ervin Welker BEAR reveals that increased fidelity variants can successfully reduce the mismatch tolerance of adenine but not cytosine base editors NATURE COMMUNICATIONS volume 12, Article number: 6353 (2021)

Talas, Andras; Huszar, Krisztina; Péter István Kulcsár, Julia K Varga, Éva Varga, Eszter Tóth, Zsombor Welker, Gergely Erdős, Péter Ferenc Pach, Ágnes Welker, Zoltán Györgypál, Gábor E Tusnády, Ervin Welker A method for characterizing Cas9 variants via a one-million target sequence library of self-targeting sgRNAs NUCLEIC ACIDS RESEARCH gkaa1220 (2021)

Tóth, Eszter ; Varga, Éva ; Kulcsár, Péter István ; Kocsis-Jutka, Virág ; Krausz, Sarah Laura ; Nyeste, Antal ; Welker, Zsombor ; Huszár, Krisztina ; Ligeti, Zoltán ; Tálas, András ; Welker, Ervin Improved LbCas12a variants with altered PAM specificities further broaden the genome targeting range of Cas12a nucleases NUCLEIC ACIDS RESEARCH 2020 Paper: gkaa110 (2020)

Kulcsár, Péter István ; Tálas, András ; Tóth, Eszter ; Nyeste, Antal ; Ligeti, Zoltán ; Welker, Zsombor ; Welker, Ervin Blackjack mutations improve the on-target activities of increased fidelity variants of SpCas9 with 5′G-extended sgRNAs NATURE COMMUNICATIONS 11 : 1 Paper: 1223 (2020)

Tóth, Eszter ; Czene, Bernadett C ; Kulcsár, Péter I ; Krausz, Sarah L ; Tálas, András ; Nyeste, Antal ; Varga, Éva ; Huszár, Krisztina ; Weinhardt, Nóra ; Ligeti, Zoltán ; Adrienn É Borsy, Elfrieda Fodor, Ervin Welker Mb- and FnCpf1 nucleases are active in mammalian cells: activities and PAM preferences of four wild-type Cpf1 nucleases and of their altered PAM specificity variants. NUCLEIC ACIDS RESEARCH 46 : 19 pp. 10272-10285. , 14 p. (2018)

Tálas, András ; Péter, Istvan Kulcsár ; Nóra, Weinhardt ; Adrienn, Borsy ; Eszter, Tóth ; Kornélia, Szebényi ; Sarah, Laura Krausz ; Krisztina, Huszár ; István, Vida ; Ádám, Bianka Gordos, Orsolya Ivett Hoffman, Petra bencsura, Antal Nyeste, Zoltán Ligeti, Elfrieda Fodor, Ervin Welker A convenientmethod to pre-screen candidate guide RNAs for CRISPR/Cas9 gene editing by NHEJ-mediated integration of a ‘self-cleaving’ GFP-expression plasmid. DNA RESEARCH 24 : 6 pp. 609-621. , 13 p. (2017)

Kulcsar, PI ; Talas, A ; Huszar, K ; Ligeti, Z ; Toth, E ; Weinhardt, N ; Fodor, E ; Welker, E. Crossing enhanced and high fidelity SpCas9 nucleases to optimize specificity and cleavage. GENOME BIOLOGY 18 Paper: 190, 17 p. (2017)

Toth, E ; Weinhardt, N ; Bencsura, P ; Huszar, K ; Kulcsar, PI ; Talas, A ; Fodor, E ; Welker, E. Cpf1 nucleases demonstrate robust activity to induce DNA modification by exploiting homology directed repair pathways in mammalian cells BIOLOGY DIRECT 11 Paper: 46 , 14 p. (2016)

Toth, E ; Huszar, K ; Bencsura, P ; Kulcsar, PI ; Vodicska, B ; Nyeste, A ; Welker, Z ; Toth, S ; Welker, E Restriction enzyme body doubles and PCR cloning: on the general use of type IIs restriction enzymes for cloning. PLOS ONE 9 : 3 Paper: e90896 , 12 p. (2014)

Membrán Transzporter Laboratórium

Vezetője: Prof. Dr. Sarkadi Balázs – emeritus professzor

A laboratórium elsősorban a membrántranszport fehérjék szerkezet-funkció összefüggéseit, a gyógyszerek hatásában és eloszlásában játszott szerepét vizsgálja. Egyik fontos kutatási területünk az „ATP Binding Cassette” (ABC) transzporterek vizsgálata, amelyek számos alapvető funkcióval rendelkeznek az emberi szervezetben. A multidrog rezisztens (MDR) ABC transzporterek komolyan veszélyeztetik a daganatellenes kemoterápia hatékonyságát, mindemellett kulcsfontosságú résztvevői a sejtszintű védekezésnek és a szöveti határfelületeken történő transzportnak.

Az ABC transzporterek szerepe a gyógyszerek felszívódása, eloszlása, anyagcseréje, kiválasztása és toxicitása (ADME-Tox) tekintetében széles körben bizonyított. A jelenlegi gyógyszerfejlesztés is megköveteli a potenciális új hatóanyagok kölcsönhatásainak részletes vizsgálatát a gyógyszer-transzporterekkel. Laboratóriumunk jelenleg néhány kulcsfontosságú ABC transzporter expressziójára, jellemzésére, izolálására és funkcionális jellemzésére fókuszál, beleértve az ABCG2 (BCRP, MXR), ABCB1 (Pgp, MDR1), ABCB11 (epesót szállító fehérje, BSEP), és az ABCB6 fehérjét.

A laboratórium tagjai ugyancsak aktívan vizsgálják az emberi sejtek kalcium transzporter fehérjéit, azok esetleges szerepét a betegségekben. Funkcionális teszt-rendszereket hozunk létre és nagy kapacitású farmakológiai és toxikológiai esszéket fejlesztünk ki. Az utóbbi években széleskörű együttműködésekben vizsgáljuk a membrántranszporterek expresszióját, genetikai polimorfizmusait, szerepüket az emberi őssejtek differenciációjában és védekezésében. A COVID-19 pandémia hatására fontos új kutatási projektünk a SARS-CoV-2 vírus fehérjéinek és a vírus ellen kifejlesztett gyógyszereknek a transzporter fehérjékkel lehetséges kölcsönhatásainak vizsgálata.

Fontosabb publikációk:

1: Ambrus C, Bakos É, Sarkadi B, Özvegy-Laczka C, Telbisz Á. Interactions of anti-COVID-19 drug candidates with hepatic transporters may cause liver toxicity and affect pharmacokinetics. Sci Rep. 2021 Sep 8;11(1):17810. doi: 10.1038/s41598-021-97160-3. PMID: 34497279; PMCID: PMC8426393.

2: Mózner O, Zámbó B, Sarkadi B. Modulation of the Human Erythroid Plasma Membrane Calcium Pump (PMCA4b) Expression by Polymorphic Genetic Variants. Membranes (Basel). 2021 Jul 30;11(8):586. doi: 10.3390/membranes11080586. PMID: 34436349; PMCID: PMC8401972.

3: Nagy T, Tóth Á, Telbisz Á, Sarkadi B, Tordai H, Tordai A, Hegedűs T. The transport pathway in the ABCG2 protein and its regulation revealed by molecular dynamics simulations. Cell Mol Life Sci. 2021 Mar;78(5):2329-2339. doi: 10.1007/s00018-020-03651-3. Epub 2020 Sep 26. PMID: 32979053; PMCID: PMC7966132.

4: Szabó E, Kulin A, Korányi L, Literáti-Nagy B, Cserepes J, Somogyi A, Sarkadi B, Várady G. Alterations in erythrocyte membrane transporter expression levels in type 2 diabetic patients. Sci Rep. 2021 Feb 2;11(1):2765. doi: 10.1038/s41598-021-82417-8. PMID: 33531564; PMCID: PMC7854743.

5: Telbisz Á, Ambrus C, Mózner O, Szabó E, Várady G, Bakos É, Sarkadi B, Özvegy- Laczka C. Interactions of Potential Anti-COVID-19 Compounds with Multispecific ABC and OATP Drug Transporters. Pharmaceutics. 2021 Jan 9;13(1):81. doi: 10.3390/pharmaceutics13010081. PMID: 33435273; PMCID: PMC7827085.

6: Sarkadi B, Homolya L, Hegedűs T. The ABCG2/BCRP transporter and its variants – from structure to pathology. FEBS Lett. 2020 Dec;594(23):4012-4034. doi: 10.1002/1873-3468.13947. Epub 2020 Oct 16. PMID: 33015850.

7: Kovacsics D, Brózik A, Tihanyi B, Matula Z, Borsy A, Mészáros N, Szabó E, Németh E, Fóthi Á, Zámbó B, Szüts D, Várady G, Orbán TI, Apáti Á, Sarkadi B. Precision-engineered reporter cell lines reveal ABCG2 regulation in live lung cancer cells. Biochem Pharmacol. 2020 May;175:113865. doi: 10.1016/j.bcp.2020.113865. Epub 2020 Mar 4. PMID: 32142727.

8: Zámbó B, Mózner O, Bartos Z, Török G, Várady G, Telbisz Á, Homolya L, Orbán TI, Sarkadi B. Cellular expression and function of naturally occurring variants of the human ABCG2 multidrug transporter. Cell Mol Life Sci. 2020 Jan;77(2):365-378. doi: 10.1007/s00018-019-03186-2. Epub 2019 Jun 28. PMID:31254042; PMCID: PMC6971004.

9: Mózner O, Bartos Z, Zámbó B, Homolya L, Hegedűs T, Sarkadi B. Cellular Processing of the ABCG2 Transporter-Potential Effects on Gout and Drug Metabolism. Cells. 2019 Oct 8;8(10):1215. doi: 10.3390/cells8101215. PMID: 31597297; PMCID: PMC6830335.

10: Oláh A, Ruppert M, Orbán TI, Apáti Á, Sarkadi B, Merkely B, Radovits T. Hemodynamic characterization of a transgenic rat strain stably expressing the calcium sensor protein GCaMP2. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2019 May 1;316(5):H1224-H1228. doi: 10.1152/ajpheart.00074.2019. Epub 2019 Mar 15. PMID: 30875251.

11: Apáti Á, Varga N, Berecz T, Erdei Z, Homolya L, Sarkadi B. Application of human pluripotent stem cells and pluripotent stem cell-derived cellular models for assessing drug toxicity. Expert Opin Drug Metab Toxicol. 2019 Jan;15(1):61-75. doi: 10.1080/17425255.2019.1558207. Epub 2018 Dec 17. PMID:30526128.

12: Zámbó B, Bartos Z, Mózner O, Szabó E, Várady G, Poór G, Pálinkás M, Andrikovics H, Hegedűs T, Homolya L, Sarkadi B. Clinically relevant mutations in the ABCG2 transporter uncovered by genetic analysis linked to erythrocyte membrane protein expression. Sci Rep. 2018 May 10;8(1):7487. doi:10.1038/s41598-018-25695-z. PMID: 29749379; PMCID: PMC5945641.

13: Erdei Z, Schamberger A, Török G, Szebényi K, Várady G, Orbán TI, Homolya L, Sarkadi B, Apáti Á. Generation of multidrug resistant human tissues by overexpression of the ABCG2 multidrug transporter in embryonic stem cells. PLoS One. 2018 Apr 12;13(4):e0194925. doi: 10.1371/journal.pone.0194925. PMID: 29649238; PMCID: PMC5896897.

14: Szabó E, Türk D, Telbisz Á, Kucsma N, Horváth T, Szakács G, Homolya L, Sarkadi B, Várady G. A new fluorescent dye accumulation assay for parallel measurements of the ABCG2, ABCB1 and ABCC1 multidrug transporter functions. PLoS One. 2018 Jan 17;13(1):e0190629. doi: 10.1371/journal.pone.0190629. PMID: 29342177; PMCID: PMC5771559.

15: Szabó Z, Héja L, Szalay G, Kékesi O, Füredi A, Szebényi K, Dobolyi Á, Orbán TI, Kolacsek O, Tompa T, Miskolczy Z, Biczók L, Rózsa B, Sarkadi B, Kardos J. Extensive astrocyte synchronization advances neuronal coupling in slow wave activity in vivo. Sci Rep. 2017 Jul 20;7(1):6018. doi: 10.1038/s41598-017-06073-7. PMID: 28729692; PMCID: PMC5519671.

16: Zámbó B, Várady G, Padányi R, Szabó E, Németh A, Langó T, Enyedi Á, Sarkadi B. Decreased calcium pump expression in human erythrocytes is connected to a minor haplotype in the ATP2B4 gene. Cell Calcium. 2017 Jul;65:73-79. doi: 10.1016/j.ceca.2017.02.001. Epub 2017 Feb 3. PMID: 28216081.

17: Apáti Á, Berecz T, Sarkadi B. Calcium signaling in human pluripotent stem cells. Cell Calcium. 2016 Mar;59(2-3):117-23. doi: 10.1016/j.ceca.2016.01.005. Epub 2016 Feb 17. PMID: 26922096.

18: Apáti Á, Szebényi K, Erdei Z, Várady G, Orbán TI, Sarkadi B. The importance of drug transporters in human pluripotent stem cells and in early tissue differentiation. Expert Opin Drug Metab Toxicol. 2016;12(1):77-92. doi: 10.1517/17425255.2016.1121382. Epub 2015 Dec 14. PMID: 26592535.

19: Szebényi K, Füredi A, Kolacsek O, Csohány R, Prókai Á, Kis-Petik K, Szabó A, Bősze Z, Bender B, Tóvári J, Enyedi Á, Orbán TI, Apáti Á, Sarkadi B. Visualization of Calcium Dynamics in Kidney Proximal Tubules. J Am Soc Nephrol. 2015 Nov;26(11):2731-40. doi: 10.1681/ASN.2014070705. Epub 2015 Mar 18. PMID:25788535; PMCID: PMC4625667.

20: Várady G, Szabó E, Fehér Á, Németh A, Zámbó B, Pákáski M, Janka Z, Sarkadi B. Alterations of membrane protein expression in red blood cells of Alzheimer’s disease patients. Alzheimers Dement (Amst). 2015 Jul 21;1(3):334-8. doi: 10.1016/j.dadm.2015.06.007. PMID: 27239515; PMCID: PMC4878320.

21: Hegedüs C, Telbisz Á, Hegedűs T, Sarkadi B, Özvegy-Laczka C. Lipid regulation of the ABCB1 and ABCG2 multidrug transporters. Adv Cancer Res. 2015;125:97-137. doi: 10.1016/bs.acr.2014.10.004. Epub 2015 Jan 8. PMID: 25640268.

Vezető

Orbán Tamás

Munkatársak

A Molekuláris Sejtbiológia Kutatócsoport fő kutatási területe a membrántranszporter fehérjékhez és az őssejt-differenciációhoz kapcsolódó biológiai folyamatok megértése, valamint az ezekkel összefüggésben álló betegségeknek különböző sejtes modell­rendszerekben történő vizsgálata. Kutatásaink során molekuláris biológiai, biokémiai és sejtbiológiai megközelítések felhasználásával új diagnosztikai eljárások kidolgozására, új terápiás célpontok feltárására, valamint sejtes esszé rendszerek fejlesztésére törekszünk. A kutatócsoport három, kisebb, egymással szoros együttműködésben álló egységből áll, melyek a következők: Sejtpolaritás és Trafficking Laboratórium (vezetője: Homolya László), a Humán Pluripotens Őssejt Laboratórium (vezetője: Apáti Ágota), valamint az Áramlási Citometria Laboratórium (vezetője: Várady György).

Sejtpolaritás és Tafficking Laboratórium

Vezetője: Dr. Homolya László – tudományos tanácsadó

A szervezet élettani határfelületeit polarizált hámsejtek (epitél és endotél sejtek) alkotják, melyek membránjában meghatározott rendben és szabályozott módon helyezkednek el olyan membránfehérjék, amelyek transzportaktivitásuk révén meghatározzák a különböző anyagok: tápanyagok, toxinok, gyógyszermolekulák átjutását. Kutatómunkánk során arra keressük a választ, hogy milyen tényezők határozzák meg ezeken a határfelületeken elhelyezkedő hámsejtek polaritásának kialakulását és fenntartását; hogy milyen úton jutnak el a transzporterfehérjék a megfelelő membránkompartmentumba (targeting és trafficking), és hogy a transzporterfehérjékben lévő genetikai variációk – elsősorban betegségekkel összefüggésbe hozható mutációk – hogyan befolyásolják a sejten belüli sorsukat és ezen keresztül a funkciójukat.

Kiemelt közlemények:

1. Lilienberg J, Hegyi Z, Szabó E, Hathy E, Málnási-Csizmadia A, Réthelyi JM, Apáti Á, and Homolya L. Pharmacological Modulation of Neurite Outgrowth in Human Neural Progenitor Cells by Inhibiting Non-muscle Myosin II. Front Cell Dev Biol. 9:719636. doi: 10.3389/fcell.2021.719636. eCollection (2021)
2. Bartos Z. and Homolya L.: Identification of specific trafficking defects of naturally occurring variants of the human ABCG2 transporter. Front Cell Dev Biol 9:615729. (2021)
3. Török G, Erdei Z, Lilienberg J, Apáti Á, and Homolya L. The importance of transporters and cell polarization for the evaluation of human stem cell-derived hepatic cells. PLoS One 15(1) e0227751 , 22 p. (2020)
4. Homolya L, Fu D, Sengupta P, Jarnik M, Gillet JP, Vitale-Cross L, Gutkind JS, Lippincott-Schwartz J, and Arias IM: LKB1/AMPK and PKA Control ABCB11 Trafficking and Polarization in Hepatocytes.PLOS ONE 9:(3) p. e91921. (2014)
5. Homolya L, Orbán TI, Csanády L, and Sarkadi B. Mitoxantrone is expelled by the ABCG2 multidrug transporter directly from the plasma membrane. Biochim Biophys Act. 1808(1): 154-63 (2011)
6. Sarkadi B, Homolya L, Szakács G, and Váradi A. Human multidrug resistance ABCB and ABCG transporters: participation in a chemoimmunity defense system. Physiol Reviews 86: 1179-1236, (2006)
7. Homolya L, Steinberg TH, and Boucher RC. Cell to cell communication in response to mechanical stress via bilateral release of ATP and UTP in polarized epithelia. Cell Biol., 150: 1349-1359, (2000)
8. Homolya L, Watt CW, Lazarowski ER, Koller BH, and Boucher RC. Nucleotide-regulated calcium signaling in lung fibroblasts and epithelial cells from normal and P2Y2 receptor (-/-) mice. Biol. Chem., 274: 26454-26460 (1999)
9. Lazarowski, E. R., Homolya, L., Boucher, R. C., and Harden, T. K.: Direct demonstration of mechanically induced release of UTP and its implication for uridine nucleotide receptor activation. Biol. Chem., 272: 24348-24354 (1997)
10. Homolya L, Holló Zs, Germann U, Pastan I, Gottesman MM, and Sarkadi B. Fluorescent cellular indicators are extruded by the multidrug resistance protein. Biol. Chem., 268: 21493-21496 (1993)

Humán Pluripotens Őssejt Laboratórium

Vezetője: Dr. Apáti Ágota – tudományos főmunkatárs

A Humán Pluripotens Őssejt laboratórium tagjai nagy tapasztalattal bírnak az őssejt vonalak alapítása és differenciációja területén (különös tekintettel a szív, ideg, endotél és mezenchimális irányú differenciációra), valamint a membrán transzporterek és a kalcium szignalizáció tanulmányozásában. Olyan indukált pluripotens őssejt alapú modelleket és riporter rendszereket fejlesztenek, amelyek segítségével human betegségek (mint a skizofrénia, DiGeorge szindróma, érelmeszesedés vagy a II típusú diabetes) vizsgálhatóak.

Kiemelt közlemények:

1. Reé D, Borsy A, Fóthi Á, Orbán TI, Várady G, Erdei Z, Sarkadi B, Réthelyi J, Varga N, Apáti Á. Establishing a human embryonic stem cell clone with a heterozygous mutation in the DGCR8 gene. Stem Cell Res. 2020 Dec 22;50:102134. doi: 10.1016/j.scr.2020.102134. PMID: 33360445
2. Szabó E, Juhász F, Hathy E, Reé D, Homolya L, Erdei Z, Réthelyi JM, Apáti Á. Functional Comparison of Blood-Derived Human Neural Progenitor Cells. Int J Mol Sci. 2020 Nov 30;21(23):9118. doi: 10.3390/ijms21239118. PMID: 33266139
3. Hathy E, Szabó E, Varga N, Erdei Z, Tordai C, Czehlár B, Baradits M, Jezsó B, Koller J, Nagy L, Molnár MJ, Homolya L, Nemoda Z, Apáti Á, Réthelyi JM. Investigation of de novo mutations in a schizophrenia case-parent trio by induced pluripotent stem cell-based in vitro disease modeling: convergence of schizophrenia- and autism-related cellular phenotypes. Stem Cell Res Ther. 2020 Nov 27;11(1):504. doi: 10.1186/s13287-020-01980-5. PMID: 33246498
4. Szabó E, Reé D, Jezsó B, Vincze K, Földes G, Molnár AÁ, Réthelyi JM, Apáti Á. Generation of iPSC lines from peripheral blood mononuclear cells of identical twins both suffering from type 2 diabetes mellitus and one of them additionally diagnosed with atherosclerosis. Stem Cell Res. 2020 Dec;49:102051. doi: 10.1016/j.scr.2020.102051. PMID: 33099106
5. Berecz T, Husvéth-Tóth M, Mioulane M, Merkely B, Apáti Á, Földes G. Generation and Analysis of Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiomyocytes and Endothelial Cells for High Content Screening Purposes. Methods Mol Biol. 2020;2150:57-77. doi: 10.1007/7651_2019_222. PMID: 30941720
6. Erdei Z, Schamberger A, Török G, Szebényi K, Várady G, Orbán TI, Homolya L, Sarkadi B, Apáti Á. Generation of multidrug resistant human tissues by overexpression of the ABCG2 multidrug transporter in embryonic stem cells. PLoS One. 2018 Apr 12;13(4):e0194925. doi: 10.1371/journal.pone.0194925. eCollection 2018. PMID: 29649238
7. Vőfély G, Berecz T, Szabó E, Szebényi K, Hathy E, Orbán TI, Sarkadi B, Homolya L, Marchetto MC, Réthelyi JM, Apáti Á. Characterization of calcium signals in human induced pluripotent stem cell-derived dentate gyrus neuronal progenitors and mature neurons, stably expressing an advanced calcium indicator protein. Mol Cell Neurosci. 2018 Apr;88:222-230. doi: 10.1016/j.mcn.2018.02.003. PMID: 29425968
8. Szebényi K, Füredi A, Kolacsek O, Csohány R, Prókai Á, Kis-Petik K, Szabó A, Bősze Z, Bender B, Tóvári J, Enyedi Á, Orbán TI, Apáti Á, Sarkadi B. Visualization of Calcium Dynamics in Kidney Proximal Tubules. J Am Soc Nephrol. 2015 Nov;26(11):2731-40. doi: 10.1681/ASN.2014070705. PMID: 25788535
9. Bacskai I, Mázló A, Kis-Tóth K, Szabó A, Panyi G, Sarkadi B, Apáti Á, Rajnavölgyi É. Mesenchymal Stromal Cell-Like Cells Set the Balance of Stimulatory and Inhibitory Signals in Monocyte-Derived Dendritic Cells. Stem Cells Dev. 2015 Aug 1;24(15):1805-16. doi: 10.1089/scd.2014.0509. Epub 2015 Apr 29. PMID: 25808140
10. Apáti A, Orbán TI, Varga N, Németh A, Schamberger A, Krizsik V, Erdélyi-Belle B, Homolya L, Várady G, Padányi R, Karászi E, Kemna EW, Német K, Sarkadi B. High level functional expression of the ABCG2 multidrug transporter in undifferentiated human embryonic stem cells. Biochim Biophys Acta. 2008 Dec;1778(12):2700-9. doi: 10.1016/j.bbamem.2008.08.010. PMID: 18793608

Áramlási Citometria Laboratórium

Vezetője: Dr. Várady György – tudományos főmunkatárs

Az Áramlási Citometria Laboratórium kiszolgáló és kutató laborként működik. Sejtszorterünk segítségével a sejtek fluoreszcencia intenzitása alapján egysejt klónokat, illetve homogén sejtvonalakat tudunk létrehozni. A mérésre szolgáló készülékekkel fehérje kimutatást, transzfekciós hatékonyságot, multidrog rezisztenciát, vagy sejtciklus vizsgálatot is tudunk végezni. Főbb kutatási területünk egyrészt az ABC-transzporterek, mint transzmembrán fehérjék funkcionális vizsgálata fluoreszcens festékek segítségével, valamint a multifaktoriális betegségek (köszvényes, kettes-típusú diabétesz) jellemzése vörösvérsejt membrán analízissel.

Főbb műszerek, berendezések

FACSAria III sejtszorter

Attune Nxt 3 (viola, kék, piros) és 4 (viola, kék, sárga, piros) lézerrel, plétolvasóval

FACSCanto II 3 (viola, kék, piros) lézerrel plétolvasóval

Kiemelt közlemények:

1. Szabó E, Kulin A, Korányi L; Literáti-Nagy B, Cserepes J, Somogyi A, Sarkadi B, and Várady G. Alterations in erythrocyte membrane transporter expression levels in type 2 diabetic patients Sci Rep. 11(1):2765 (2021)
2. Telbisz Á, Ambrus Cs, Mózner O, Szabó E, Várady Gy, Bakos É, Sarkadi B, Özvegy-Laczka Cs. Interactions of Potential Anti-COVID-19 Compounds with Multispecific ABC and OATP Drug Transporters Pharmaceutics 13 (1) 81 (2021)
3. Kovacsics D, Brózik A, Tihanyi B, Matula Zs, Borsy A, Mészáros N, Szabó E, Németh E, Fóthi Á, Zámbó B, Szüts D, Várady Gy, Orbán T I, Apáti Á, Sarkadi B. Precision-engineered reporter cell lines reveal ABCG2 regulation in live lung cancer cells Biochemical Pharmacology 175: 113865 (2020)
4. Zámbó B, Bartos Z, Mózner O, Szabó E, Várady Gy, Poór Gy, Pálinkás M, Andrikovics H, Hegedűs T, Homolya L, Sarkadi B. Clinically relevant mutations in the ABCG2 transporter uncovered by genetic analysis linked to erythrocyte membrane protein expression Sci Rep. 8(1): 7487 (2018)
5. Szabó E, Türk D, Telbisz Á, Kucsma N, Horváth T, Szakács G, Homolya L, Sarkadi B, Várady Gy. A new fluorescent dye accumulation assay for parallel measurements of the ABCG2, ABCB1 and ABCC1 multidrug transporter functions Plos One 13(1): e0190629 (2018)
6. Zámbó B, Várady Gy, Padányi R, Szabó E, Németh A, Langó T, Enyedi Á, Sarkadi B. Decreased calcium pump expression in human erythrocytes is connected to a minor haplotype in the ATP2B4 gene Cell Calcium 65. 73 (2017)
7. Várady Gy, Szabó E, Fehér Á, Németh A, Zámbó B, Pákáski M, Janka Z, Sarkadi B. Alterations of membrane protein expression in red blood cells of Alzheimer’s disease patients Alzheimers & Dementia: Diagnosis Assessment & Disease Monitoring 1(3) 334 (2015)

Vezető

Homolya László

Munkatársak

Rendezetlen régiók a transzmembrán fehérjékben

Bemutatkozás, fő kutatási terület

A Fehérje Bioinformatika Kutatócsoport a Természettudományi Kutatóközpont Enzimológiai Intézetében működik, vezetője Dr. Tusnády Gábor. A csoport 2019-ben a Fehérjeszerkezet Kutatócsoport (vezetője Prof. Dr. Simon István) és a Membránfehérje Bioinformatika Kutatócsoport összevonásával alakult meg.

A csoport fő célkitűzése a membrán fehérjék topológiájának és 3Ds szerkezetének vizsgálata, olyan modern bioinformatika eljárások kifejlesztésével, mint a CCTOP, vagy TMFoldRec eljárások, valamint adatbázisok létrehozásával és karbantartásával, amelyek a transzmembrán fehérjék topológiájával és szerkezetével kapcsolatosak. A csoportban vizsgálják még a transzmembrán és globuláris fehérjékben előforduló rendezetlen régiókat valamint ezen régióknak a fehérje-fehérje kölcsönhatásokban betöltött szerepét és a transzmembrán fehérjék kölcsönhatási hálózatát. A bioinformatikai eljárások mellett a csoport részt vesz transzmembrán fehérjék szerkezeti és localizációs adatainak generálására alkalmas nagy áteresztő képességű módszer fejlesztésében is.

A transzmembrán fehérjék vizsgálatában elért eredményeken kívül a csoport bekapcsolódott számos új generációs szekvenáláson (NGS) alapuló kutatásba, kezdve a csirke DT40 bursal limfóma sejtvonal és a Micoplazma sp HU2014 genom szekvenálástól az általános kemoterápiás szerek mutagén hatásának és a formalinnal fixált, parafinba ágyazott tumor minták TruSeq Custom Amplicon esszé klinikai validációján át, ismert és ismeretlen virális patogének növényekben való azonosításáig.

Aktuális együttműködések

Prof. Szentirmay Zoltán, igazgató, Onkológiai Intézet, Sebészi és Molekuláris Daganatpatológiai Centrum, Különböző ritka tumorok FFPE/NGS adatainak bioinformatika feldolgozása

Dr. Tóth Erika főorvos, Onkológiai Intézet, Sebészi és Molekuláris Daganatpatológiai Centrum, Különböző ritka tumorok FFPE/NGS adatainak bioinformatika feldolgozása

Szállási Zoltán, Pediatrics, Harvard Medical School; Pediatrics, Boston Children’s Hospital

Várallyay Éva, Mezőgazdasági Biotechnológiai Kutatóintézet Diagnosztikai Kutatócsoport

Főbb műszerek, berendezések

Supermicro kompjuter klaszter (1024 CPU mag, 4Gb RAM CPU magonként (összesen 2Tb RAM), 240 Tb redundáns winchester kapacitás.

Web szerver (20 CPU mag, 160Gb RAM, 2x4Tb redundáns Sata disk, 2x4Tb PCIexpress SSD disk)

60Tb QNAP NAS szerver

Csoport saját honlapja:

http://mbk.enzim.ttk.mta.hu

Vezető

Tusnády Gábor

Munkatársak

Főbb kutatási témák

A komplementrendszer aktiválódása és szabályozása

Autoaktiválódó MASP-2 molekulák térszerkezete

A komplementrendszer a természetes (veleszületett) immunitás egyik ősi ága. A kb. 40 fehérjemolekulából álló rendszer képes a veszélyes struktúrákat (pl. patogén mikroorganizmusok) felismerni, megjelölni és megsemmisíteni. A rendszer gerincét olyan szerin proteáz enzimek alkotják, amelyek egymást kaszkádszerűen aktiválják. A komplementrendszer normális működése szükséges az immunegyensúly fenntartásához; rendellenes, kontroll nélküli aktiválódása azonban a saját szövetek károsodásához vezethet. Manapság egyre több betegségről derül ki, hogy hátterében kisebb vagy nagyobb mértékben a komplementrendszer rendellenes aktiválódása áll. Csoportunkban elsősorban a komplementrendszer beindításában résztvevő szerin proteáz enzimekkel foglalkozunk. Rekombináns formában előállítjuk a különböző proteázokat és szerkezeti biokémiai, biofizikai és enzimológiai módszerekkel jellemezzük tulajdonságaikat. Különös hangsúlyt fektetünk a komplement szerin proteázokat gátló természetes és mesterséges inhibitorok tanulmányozására, fejlesztésére. A közelmúltban számos szerin proteáz térszerkezetét határoztuk meg, tisztáztuk az aktiválódás egyik útjának (lektin út) pontos mechanizmusát, valamint felfedeztünk egy új gyulladáskeltő mechanizmust.

A fehérjék funkcionális szabadenergia-hiperfelszíne

A fehérjék szabadenergia-felszínének illusztrációja. A tölcsér alakú felszín alsó, bonyolult domborzatú része a funkcionális szabadenergia-felület.

A funkcionális energiafelszín a fehérjék szabadenergia-hiperfelszínének az a részlete, amely a natív állapotnak felel meg. A fehérje funkcionális mozgásai (katalízis, ligandkötés, allosztérikus szabályozás) ezen a bonyolult topológiájú hiperfelületen mennek végbe. E hiperfelszín általános tulajdonságait (hierarchikus jelleg, a dinamika természete, stb.) tervezzük feltárni a fehérjék egy szerkezetileg reprezentatív részhalmazán, elsősorban az Intézetben egyéb szempontok szerint vizsgált fehérjéken. Az egyes fehérjék funkcionális dinamikáját különböző szemcsézettségű modellek szimulációja és különféle elemző eljárások révén határozzuk meg. Különös szerepe van a funkcionális hiperfelszínnek az allosztéria mechanizmusainak, jelátviteli útvonalainak megértésében. E célból a fehérjekomplexek szerkezetét in silico felépítjük és a kommunikációt hálózatos modellekkel írjuk le.

Baktériumok flagelláris szekréciós rendszerének vizsgálata

A bakteriális flagellum felépítése

A bakteriális ostor (flagellum) a baktériumok fő mozgásszerve. Három fő részből épül fel: a bazális testből, a kampóból és a hosszú filamentumból. A filamentumot alapvetően a flagellin nevű fehérje építi fel, akár több tízezer monomer alegység önszerveződésének eredményeként. A flagellin monomerek az ostor közepén található, kb. 20 Å átmérőjű csatornán át jutnak ki a filamentumból, ahol beépülnek annak a végére. A flagellin több más komponenssel egyetemben a flagelláris szekréciós rendszer (más néven export rendszer) segítségével jut be a központi csatornába. Ennek a pontos mechanizmusa azonban máig sem ismert. Csoportunkban a flagelláris export rendszer (feltételezett) komponenseinek pontos szerepét kívánjuk tisztázni, továbbá vizsgáljuk a flagelláris export rendszer biotechnológiai alkalmazhatóságát rekombináns fehérjék szekretált formában történő előállítására.

A rákos és gyulladásos folyamatokban szerepet játszó jelátviteli fehérjék kölcsönhatásainak kimutatása és jellemzése

A sejtek alapvető élettani folyamatai lényegében makromolekuláris hálózatok szabályozott működésén nyugszanak. A jelátviteli útvonalak különböző típusú (erős és gyenge, közvetlen és közvetett) fehérje-fehérje kölcsönhatásokból állnak, melyek megfelelően szabályozzák a rendszerint allosztérikus természetű enzimek működését. A fehérjekonformáció flexibilitásán alapuló allosztérikus szabályozás jelentősége az enzimek működésében jól ismert és csoportunk korábbi, egyedi enzimek vizsgálatával elért kísérleti eredményei további betekintést nyújtottak ilyen mechanizmusokba. E tudás birtokában a jelen projekt keretében olyan jelátviteli folyamatokban szerepet játszó enzim-enzim kölcsönhatásokat kívánunk azonosítani és molekuláris szinten jellemezni, amely folyamatok patofiziológiás jelentősége feltételezhető. Pl. a krónikus gyulladásos és rákos folyamatok között sejthető összefüggés vizsgálatainkat olyan fehérje-fehérje kölcsönhatások tanulmányozása felé tereli, melyekben bizonyos kinázok (Aurora, Rock1, Rock2 ill. foszfoglicerát kináz) és foszfodiészterázok (PDE4, PDE5) szerepe vár tisztázásra. A kölcsönhatások feltérképezését és jellemzését egyrészt in vivo emlős sejteken végzett, másrészt in vitro enzimológiai és fehérjekémiai vizsgálatokkal végezzük.

Aktuális együttműködések

Komplement kutatás

ELTE Biokémiai Tanszék, Kémiai Intézet

SOTE III. sz. Belgyógyászati Klinika, Kutatólaboratórium

University of Aarhus, Dánia

University Hospital, Bern, Svájc

University of British Columbia, Vancouver, Kanada

Bioinformatika

SOTE Orvosi Vegytani, Molekuláris Biológiai és Patobiokémiai Intézet

University of Michigan, USA

Flagelláris szekréció

Pannon Egyetem, Veszprém

Főbb műszerek, berendezések

FPLC berendezés fehérjetisztításhoz

QCM, DSC, FT IR

Oktatási tevékenység

Alapképzés: Pázmány Péter Katolikus Egyetem, Műszaki Informatikai Kar: biokémia, biofizika, molekuláris biológia oktatása; ELTE TTK: biofizika, fizikai-biokémia kurzusok

B.Sc. és M.Sc. szakdolgozók témavezetése: ELTE (biológus, vegyész), BME (biomérnök)

Ph.D. hallgatók témavezetése: ELTE Biológiai Doktori Iskola, BME Oláh György Doktori Iskola

Vezető

Gál Péter

Munkatársak

Általános kutatási terület

Kettős szerepben: A DNS “hibák” jelentősége a DNS-javításban és a jelátvitelben

Sejtjeinkben a DNS-alapú genetikai információ állandóan ki van téve olyan környezeti tényezőknek, melyek számos kémiai átalakulást okoznak és az így módosult DNS információtartalma megváltozik. Fontos tudni, hogy ún. normál, élettani körülmények között is naponta több száz mutagén módosulás következik be a humán genomnak megfelelő méretű DNS-en, így ezek állandó vizsgálata és javítása elsőrendű fontossággal bír. Számos DNS hibafelismerő és javító mechanizmus létezik, és napjainkra azt is felismerték, hogy a DNS módosulások felismerése és processzálása a DNS-javításon túlmenően génkifejeződési, epigenetikai és fejlődési,folyamatokat vezérel. A fenti nagy területen belül csoportunk a bázishibák/bázismódosulások létrejöttére és javítására fókuszál. A Genom Metabolizmus Kutatócsoport célja a genomi integritás fenntartásáért felelős mechanizmusok kutatása, ezen belül lényegileg új, átütő eredmények elérése. Megközelítési módszerünk a hipotézis-alapú kutatás ezen az adott biológiai problémán, amivel az organizmusok (Drosophila, Mycobacterium, Staphylococcus) és sejtvonalak szintjén felmerült kérdést a fehérjék molekuláris szintjéig lebontva és onnan felépítve tanulmányozzuk.

Főbb kutatási témák

A DNS-beli uracil élettani szerepének vizsgálata genomszintű térképezéssel humán sejtvonalakon és teljes átalakulással fejlődő rovarokban (Drosophila melanogaster törzsekben való részletes fejlődésbiológiai, genetikai és sejtbiológiai vizsgálatokkal)

Kutatócsoportom fókuszában egy paradigma váltás áll, ami az uracil DNS-ben való szerepére vonatkozik. A DNS-beli uracil bázist sokáig csupán hibaként kezelték. Az uracil elkerülésében a nukleotid építőkövek egyensúlyáért felelős bioszintézis útvonalak között a dUTPáz enzimnek van kiemelkedő jelentősége, míg a DNS-ből való uracil eltávolításért a báziskivágási javító útvonal felel. Ezzel a tradicionális hiba-szereppel szemben az elmúlt években több kutatócsoport, köztük a miénk is, igazolta a DNS-beli uracil újféle szerepeit az alábbi folyamatokban:

• immunoglobulin gén diverzifikáció,
• transzkripciós szabályozás,
• HIV életciklus segítése, és
• fejlődésbiológia.

Ezeket a problémákat a fenti modellszervezetekben vizsgáljuk.

Timinmentes sejthalál útvonal vizsgálata

Egy másik alapkutatási célunk a dUTPáz hiányában fellépő ún. timinmentes sejthalál jelátviteli útvonalának tisztázása. Ezen sejthalál útvonal orvosbiológiai jelentőségét az adja, hogy a klinikumban napjainkban használatos tumorellenes kemoterápiák hozzávetőlegesen egyharmadában a timidilát bioszintézist perturbáló gyógyszereket alkalmaznak (fluoro-nukleozidok, methotrexát és analógjai). A mellékhatások egy része a terápia személyre szabásával csökkenthető lenne – ehhez szeretnénk kutatásainkkal hozzájárulni az adott útvonalak jellemzésével és aztán erre alapozva személyre szabott diagnosztikával.

Egy molekuláris kapcsoló kutatása: A Staphylococcus aureus patogenitás szigeteinek szabályozásában szerepet játszó fehérjék vizsgálata

A bakteriális genom gyakran tartalmaz olyan mobilis genetikai elemeket, melyek a bakteriális kromoszómához képest többé-kevésbé független módon képesek replikálódni. Ezek némelyike fág-eredetű és köztük kiemelt jelentőségük van az ún. patogenicitási szigeteknek (PI). A patogenicitási szigetek orvosbiológiai szempontból való kiemelt jelentősége abban rejlik, hogy felelősek számos virulencia faktor és toxin (pl. a toxikus sokk szindróma toxinja) különböző törzsek közötti elterjesztéséért. A jelen projektben több különböző nézőpontból kívánunk górcső alá venni egy olyan génkifejeződési szabályozó mechanizmust, melyen belül a represszió és a derepresszió egy a  Staphylococcus auerus-ra jellemző patogenicitási szigethez kapcsolt.

A sejtmag és a citoplazma közötti makromolekuláris transzport szabályozásának vizsgálata térben és időben

Az ún. megelőző DNS-javításban fontos nukleotid metabolizmus útvonalak, ezek között a dUTPáz enzim sejtmagi és mitokondriális lokalizációja eukariótákban szinte mindenhol megfigyelhető. Kérdéses viszont ennek a lokalizációnak és szabályozásának mechanizmusa, amire igyekszünk fényt deríteni. Ennek kapcsán a sejtciklushoz kötött (cdk1 kináz általi) foszforiláció érdekes dinamikus szabályozó szerepére bukkantunk, ami a humán proteóm számos fehérjéjére is érvényes lehet. A foszforiláció lehetőségének megszüntetése, illetve a foszforilációs konstitutív mimikálása a szerin pozíció glutamin ill. glutaminsav mutációjával döntően befolyásolja  a leánysejtek magi proteómjának dUTPáz készletét. Ezen megfigyelésünk valószínűleg általános érvényű szabályozó mechanizmusra világít rá. Munkahipotézisünk szerint az NLS környéki pozíciók cdk1 kináz általi foszforilációja lényegi módon befolyásolhatja számos humán fehérje dinamikus sejtmagi transzportját.

Fehérjétől a sejtig: mutáns dUTPázok élettani hatásainak in vivo vizsgálata Mycobacterium smegmatisban

A mikobakteriális timidilát szintézis, mint anti-tuberkulózis gyógyszer célpont. A timidilát bioszintézis minden sejtben létfontosságú, mivel a belőle keletkező dTTP a DNS szintézis egyik építőköve. Három útvonal is létezik a timidilát bioszintézisére, de az epidemiológiailag jelentős kórokozókat (Mycobacterium tuberculosis és a Mycobacterium leprae, a tuberkulózis és a lepra kórokozói) is felvonultató mikobaktériumokban ezekből csak egy útvonal enzimei találhatók meg. Ebben az útvonalban a dUTPáz reakció központi szerepet játszik, ezért a mikobaktériumok ideális modellszervezetként szolgálnak a dUTPáz enzim élő sejtben történő vizsgálatához. A kiegyensúlyozott dNTP készlet fenntartása mellett a dUTP elbontása megakadályozza az uracil hibás beépülését a genomba, ezáltal fontos mikobakteriális gyógyszer célpontként szolgál.
A mikobakteriális timidilát szintézis útvonalba tartozó enzimek mechanizmusát és speciális mutánsait vizsgáljuk biokémiai módszerekkel. Ezt továbbá kombináljuk in vivo tesztekkel is, amelyekben a mikobakterium genetikai módosításával mutáns enzimeket viszünk be a genomban található enzimkópia helyére, és így az előzőleg biokémiailag karakterizált mutáció hatását tudjuk vizsgálni az élőlény növekedésére.

Plasmodium falciparum elleni hatóanyagok kifejlesztését távlatilag célzó kutatások a lipid-bioszintézisben kulcsszerepet játszó CCT enzim (CTP:citidilil-transzferáz) vizsgálatával

A kiterjedt és aktív kutatások ellenére, a malária továbbra is korunk egyik legfenyegetőbb fertőző betegsége. A kór okozói Plasmodium fajok, közülük a Plasmodium falciparum a legveszélyesebb. A multirezisztens törzsek terjedése egyre inkább sürgeti új fehérje célpontok azonosítását és ezek ellen újszerű hatóanyagok fejlesztését. A jelen kutatási téma a Plasmodium foszfolipid bioszintézisében részt vevő, kiemelt jelentőségű enzim, a CTP:foszfokolin citidililtranszferáz karakterizálását célozza, amely egy újonnan kifejlesztett, már klinikai 2-es fázisban lévő gyógyszerjelölt támadáspontja.

Enzim mechanisztikai kutatások a nukleozid-trifoszfátok hidrolízisét az alfa-foszfátcsoporton történő nukleofil támadással katalizáló enzimcsaládokon

dUTPázok, citidilil-transzferázok, DNS polimerázok, ligázok és Nudix hidrolázok összehasonlító vizsgálatai

Aktuális együttműködések

Buday László, MTA TTK
Liliom Károly, MTA TTK
Szűts Dávid, MTA TTK
Vékey Károly, MTA TTK
Perczel András, ELTE
Harmat Veronika, ELTE
Náray-Szabó Gábor, ELTE
Nyitray László, ELTE
Kovács Mihály, ELTE
Málnási-Csizmadia András, ELTE
Vellai Tibor, ELTE
Nyulászi László, BME
Poppe László, BME
Oláh Julianna, BME
Fésüs László, DE
Matthias Wilmanns, EMBL Hamburg
Barabás Orsolya, EMBL Heidelberg
Dolores Gonzalez-Pacanowska, Granada
Keith Wilson, Univ York
Iva Pichova, Czech Academy of Science, Prága
Henri Vial Univ Montpellier
Rachel Cerdan Univ Montpellier
Bostjan Kobe Univ Queensland

Főbb műszerek, berendezések

Nanodrop spektrofotométer
RT Q-PCR
Transient kinetics “stopped-flow” Applied Biophysics
Leica epifluoreszcens mikroszkóp
Rock Imager: automata kristály-analizátor
Mosquito: kristályosító robot
(v.ö továbbá: www.biostruct.org)

Oktatási tevékenység

MSc és PhD kurzusok (Bioreguláció, DNS hibajavítás, Szerkezeti és molekuláris biológia, Kémiai Biológia)
TDK, BSc és MSc témák témavezetése (TDK eredmények 1-3 helyzések, OTDK: 1-3 helezések, Pro Scientia elismerések)
PhD témavezetés (v.ö. www.doktori.hu, Vértessy G. Beáta és Tóth Judit)

Vezető

Vértessy G. Beáta

Munkatársak

Tompa Péter alapvetően járult hozzá a fehérjék szerkezeti rendezetlenségének felismeréséhez, majd a jelenség részletes vizsgálatához és értelmezéséhez. A Rendezetlen Fehérjék Kutatócsoport fókuszában továbbra is ennek a szerkezeti jelenségnek a vizsgálata és értelmezése áll. Koncepciónk lényege, hogy a rendezetlenség funkcionálisan jelentős szerkezeti kategória, amely részletes jellemzése a fehérjék szerkezet-funkció összefüggésének teljesebb megértéséhez vezet, ami jelentős elméleti és gyakorlati haszonnal is jár. A rendezetlenség részben a hagyományos szerkezet-funkció összefüggés logikájától eltérő funkcionalitást jelent, mely szerint rövid felismerő motívumok, domének adaptív partner felismerése és rendezetlen összekötő (linker) régiók biztosítják a funkció kialakulását. Ezek megértése koncepcionálisan új megközelítést kíván, amelyben nem egyszerűen egy szerkezet megoldása a célunk és feladatunk, mivel a funkcionálisan fontos információt a szerkezeti sokaság, a kötött állapotban kialakuló szerkezet(ek), a kötődés kinetikája és termodinamikája, a rendezetlen régiók evolúciós története, variabilitása és felismerő szakaszok konzervációja hordozza. Ennek megértéséhez sokféle módszerrel kapott megfigye-lések együttes értelmezésére van szükség. Kutatásainkban így a bioinformatikai, elméleti vizsgálatokat és in vitro valamint in vivo kísérletes megközelítéseket egyaránt használunk, és együtt értelmezzük a szerkezet-funkció paradigma kiterjesztése érdekében. Kutatásaink általános, genom szintű elméleti vizsgálatokat és egyes fehérjék részletes szerkezeti-funkcionális vizsgálatait is magában foglalják.

Főbb együttműködések

Kyu Hoon Han, KRIBB, Dél-Korea

Richard G. Pestell, Thomas Jefferson University, USA; Sidney Kimmel Cancer Center, USA

Poppe László, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

Kardos József, Eötvös Loránd Tudományegyetem

Főbb projektek

Fúziós fehérjék fázisátmeneteinek szerepe rákban

A vezető halálokok közé tartozó rákos megbetegedések közös oka a felhalmozódott genetikai rendellenességek következtében kontrollálatlanná váló sejtosztódás, melyet a genomstabilitás gyengülése is súlyosbít. Ennek elsősorban a hematológiás (nem-szolid) tumorok esetében gyakori megnyilvánulása fúziós fehérjék megjelenése, azonban a fúziós fehérjék egyre nagyobb jelentőségre tesznek szert szolid tumorokban is.

A munka során olyan fúziós fehérjéket vizsgálunk, amelyekben az anaplasztikus limfóma kináz (ALK) különböző partnerekkel, pl. NPM, képez kiméra fehérjék. Mivel ezek szolid tumorok, például nem kissejtes tüdőrák (NSCLC) kialakulásához vezethetnek, a kezelésük hagyományosan kináz inhibitorokkal (TKI), pl. crizotinib-et, történik. Célunk a probléma radikálisan új és provokatív irányból történő megközelítése, annak vizsgálata, hogy a rákos transformációt okozhatják-e a fúziós fehérjék aberráns kölcsönhatásai, pl. homodimerizáció, folyadék fázisátmenet, és/vagy aggregáció. A kérdés megválaszolásához bioinformatikai, szerkezetbiológiai, polimerfizikai és sejtbiológiai módszerek kombinálásával azonosítjuk az NSCLC kialakulásában szerepet játszó legfontosabb ALK fúziós fehérjéket és molekuláris szinten jellemezzük hogy mennyire hajlamosak patológiás fehérje-fehérje kölcsönhatások kialakítására.

Az epiteliális-mezenchimális átmenetet szabályozó fehérje-RNS komplexek szerkezeti és funkcionális jellemzése

Az epiteliális-mezenchimális átmenet (EMT) olyan élettani folyamat, melynek során a hámsejtek mozgékony, fibroblasztos sejtekké alakulnak át. Ez a folyamat fontos az egyedfejlődés során, azonban amennyiben daganatos szövetekben játszódik le, a metasztázis képzés első lépését biztosítja. Az EMT molekuláris hátteréről és szabályozásáról számos információval rendelkezünk, sok részlet azonban még ma is tisztázásra vár. Az egyik legfontosabb EMT marker az E-cadherin szintjének csökkenése, melynek szabályozója a Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2), a Snail1 transzkripciós faktor segítségével. A legfrissebb kutatási eredmények arra utalnak, hogy a HOTAIR hosszú nem-kódoló RNS is szerepet játszik ebben a szabályozásban. Sejtes kísérletekkel sikerült igazolni, hogy fizikai kapcsolat jön létre mind a Snail és a HOTAIR, mind pedig a PRC2 és a HOTAIR között, ám egyik kölcsönhatás molekuláris alapjai sem ismertek. A helyzetet bonyolítja, hogy a HOTAIR feltehetően több PRC2 alegységgel (az Ezh2-vel és a Suz12-vel) is képes kölcsönhatásba lépni. A projekt fő célja, hogy rekombinánsan előállított fehérjékkel meghatározzuk a Snail1-HOTAIR az Ezh2-HOTAIR, valamint a Suz12-HOTAIR kölcsönhatás szerkezeti és biofizikai jellemzőit és sejtes környezetben igazoljuk a megfigyelések élettani jelentőségét.

A szerkezeti rendezetlenség szerepe az ERD14 növényi chaperon fehérje aktivitásában

Laboratóriumunkban ismertük fel a rendezetlenség és chaperone (dajkafehérje) funkció kapcsolatát. Rendezetlen növényi stresszfehérje (ERD14) részletes vizsgálatával kívánjuk igazolni a rendezetlenség funkcionális következményeit. Kísérleteinkben élő sejtekben (E. coli) in cell NMR mérésekkel jellemeztük az ERD14 rendezetlen szerkezeti sokaságát, és igazoltuk partnerekhez kötődését. A sejteket stressz körülmények (magas só, magas hőmérséklet) között vizsgálva megállapítottuk a baktérium sejtek túlélésére gyakorolt hatást, igazolva ezzel, hogy heterológ rendszerben is betölti a védő funkcióját. Különböző mutánsok vizsgálatával részletes szerkezet-funkció összefüggéseket sikerült felállítanunk, melynek segítségével azonosítottuk a funckióhoz elengedhetetlenül szükséges fehérje szakaszokat. In vitro és in vivo vizsgálatokkal kimutattuk, hogy bizonyos partnerekhez kötődve az ERD14 képes folyadék-folyadék fázisátmenet indukálására, melynek kiemelt jelentősége lehet a fehérje működésében. A projekt fő célja jelenleg ennek a jelenségnek a részletes fizikai és szerkezeti vizsgálata.

A nagy távolságú molekuláris felismerés fehérjeszerkezeti alapjainak vizsgálata

Az állványfehérjék, a komplexek összeszerelését végző és általában a nagy távolságokat áthidaló fehérjék gyakran tartalmaznak hosszú rendezetlen régiókat (>50 aminosav). Ezek pontos szerepe viszont vitatott, mert a jelenlegi interakciós modellek rendezetlen fehérjék (RF) szabad diffúziójára épülnek, ami a legtöbb összeszerelő fehérjére nem áll fenn. Az ismert összeszerelő fehérjék felépítése alapján új modellt javasoltunk (“real fly casting”, RFC), miszerint a komplexek összeszerelését és nagy távolságok áthidalását moduláris fehérjék végzik, melyek egyfelől egy erre hivatott doménjükkel nagy, lassú diffúziójú sejtalkotókhoz (például DNS, RNS vagy membránok) rögzülnek, másrészt viszont kötőmotívumokban gazdag, hosszú rendezetlen régiókkal is rendelkeznek. Ez a szerkezeti felépítés megoldást jelenthet az RF-ek lassú diffúziójából adódó csökkent kölcsönhatási kinetikára, valamint megnövekedett interakciós hatósugarat kölcsönözhet, ezzel elősegítve távoli partnerek hatékony és specifikus felismerését. A kötődés hatására a rendezetlen régió kompaktabb konformációt vehet fel, ezáltal húzó erőt fejthet ki partnerére és közelebb juttathatja azt a kialakuló komplex többi alegységéhez, serkentve annak létrejöttét. Korábbi bioinformatikai analíziseink során felvetettük, hogy ez a mechanizmus fontos lehet a hibás RNS-ek lebontásáért felelős nonsense mediated decay (NMD) során és a burkos vezikulák összeszerelődésében. A hosszú rendezetlen régiók hosszának, dinamikájának és motívum összetételének alternatív splicing, PTM-ek vagy evolúciós valtozások révén történő finomhangolása lehetőséget biztosít az összeszerelési folyamatok dinamikájának és a kialakuló komplexek összetételének szabályozására. Az RFC modell részletes kidolgozásához multidiszciplináris megközelítést alkalmazunk: bioinformatikai analízist, molekuláris biológiai, genetikai, és biofizikai kisérleteket, valamint matematikai modellezést végzünk.

Az alternatív splicing és a membrán nélküli testek kialakulásának kapcsolata

A különböző membrán nélküli testek (MNTk) fontos funkciókat töltenek be az eukarióta sejtekben. Kialakulásuk folyadék fázisátmenet útján történik, amely alacsony szekvencia komplexitású, rendezetlen fehérje régiók közti multivalens, gyenge kölcsönhatásokhoz köthető. Annak ellenére, hogy az ilyen rendezetlen régiók alternatív splicingja (AS) köztudottan óriási funkcionális diverzitást biztosít az érintett fehérje izoformáknak, az AS fázisátmenetekre gyakorolt hatását eddig egyáltalán nem vizsgálták. Ráadásul, ugyan a fázisátmeneteket képző fehérje régiók bizonyos mutációi súlyos idegrendszeri, muszkuláris és rákos megbetegedéseket okoznak, rákos eredetű splicing módosulásaikat szintén nem vizsgálták még. Mi egy multidiszciplináris projekt keretében vizsgáljuk ezeket: összegyűjtöttük és annotáljuk az ismert fázisátmenetet képző fehérjéket, létrehozunk nekik egy adatbázist. Beazonosítjuk a humán fázisátmenetet képző fehérje régiókat érintő alternatív, szövetspecifikus és rákos eredetű splicing variációkat és számítások útján megbecsüljük azok konformációra gyakorolt hatását. Néhány érdekes és orvosbiológiai szempontból fontos fehérje releváns régióinak vad típusú és splicing variánsait kifejezzük, majd in vitro kísérletekkel vizsgáljuk fázisátmenetük különbségeit. Az összegyűjtött adatok és eredmények alapján jellemzük és összehasonlítjuk a fiziológiás AS és a rákhoz köthető AS módosulások sejtes folyadék fázisátmenetekre és MNTk kialakulására gyakorolt hatását.

A rendezetlen fehérjékre ható szelekciós nyomás és partner fehérjékkel történő koevolúció vizsgálata

Bioinformatikai módszerek segítségével tanulmányozzuk a rendezetlen régiókat érintő evolúciós hatásokat: 1) Korrelált mutáció analízis útján detektáljuk azon aminosav-aminosav kölcsönhatásokat, melyek a partner fehérjékkel törtenő koevolúciót igazolják, majd analizáljuk az ezekben részt vevő aminosavak és kémiai kötések tulajdonságait. 2) Vizsgáljuk, hogy a humán fehérje kódoló regiókat érintő pozitív szelekció elsősorban rendezetlen fehérje szakaszokba eső aminosavakat befolyásol-e, és hogy hatással lehet-e ismert, rövid lineáris motívumok által közvetített kölcsönhatásokra.

Jelentős publikációk

Boeynaems S, Alberti S, Fawzi NL, Mittag T, Polymenidou M, Rousseau F, Schymkowitz J, Shorter J, Wolozin B, Van Den Bosch L, Tompa P, Fuxreiter M

Protein Phase Separation: A New Phase in Cell Biology

TRENDS IN CELL BIOLOGY (2018)

Varadi M, De Baets G, Vranken WF, Tompa P, Pancsa R

AmyPro: a database of proteins with validated amyloidogenic regions.

NUCLEIC ACIDS RESEARCH (2018)

Lazar T, Schad E, Szabo B, Horvath T, Meszaros A, Tompa P, Tantos A

Intrinsic protein disorder in histone lysine methylation

BIOLOGY DIRECT (2016)

Tompa P, Schad E, Tantos A, Kalmar L

Intrinsically disordered proteins: Emerging interaction specialists

CURRENT OPINION IN STRUCTURAL BIOLOGY 35: pp. 49-59. (2015)

Kalmar L, Acs V, Silhavy D, Tompa P

Long-range interactions in nonsense-mediated mRNA decay are mediated by intrinsically disordered protein regions.

JOURNAL OF MOLECULAR BIOLOGY (2012)

Vezető

Tantos Ágnes

Munkatársak