A Biomolekuláris Kölcsönhatások Kutatócsoport a fehérje-fehérje és fehérje-kismolekula kölcsönhatásokat vizsgálja biofizikai/biokémia módszerekkel és rendszerbiológiai szemlélettel. A vizsgálatok a molekuláris szinttől a sejtes viselkedés szintjéig terjednek. A csoport fő kutatási területe a sejtes jelátvitel során létrejövő komplexek szerkezetének meghatározása és a komponensek közötti kölcsönhatások analízise. Munkánk során in vitro módszereket, például három-dimenziós szerkezetmegoldás, fehérje-fehérje kölcsönhatás és enzimaktivitás mérésére alkalmas technikákat, sejtes alapú esszéket, jelátviteli hálózatok működésére vonatkozó számítógépes szimulációkat és nagyléptékű kísérletes módszereket használunk. A rendszerbiológiai megközelítés célja olyan target fehérjék és jelátviteli komplexek azonosítása, melyek „támadása” révén a sejtnövekedés és sejthalált szabályozó folyamatokat befolyásolni tudjuk. Célunk, hogy a rákos és gyulladásos betegségek kialakulására jellemző fehérjekináz aktivitás-mintázatokat új molekulák tervezése/szintézise révén gátoljuk. A csoport tevékenységéhez tartozik új molekulatárak létrehozása, kísérletes szűrése, illetve az itt azonosított vezérvegyületek szerkezet-funkció vizsgálata és szerkezet alapú, racionális fejlesztése.

Fehérje kinázok szerepe a sejtes jelátvitelben

Számos betegség (pl. rák, gyulladás) kialakulása a sejtes jelátviteli folyamatok zavaraira vezethető vissza. Sejtjeinket milliónyi környezeti inger éri, amire a megfelelő biológiai választ kell adniuk. Ennek a sok ingernek az érzékelését, sejten belüli „összegzését”, majd a megfelelő végrehajtó fehérje aktiválását egy komplex fehérje hálózat végzi. A végrehajtó fehérjék lehetnek metabolikus enzimek, transzkripciós faktorok vagy sejtmozgást befolyásoló sejtváz komponensek, melyek fehérjefoszforiláció révén szabályozhatóak. A fehérjefoszforilációt végző fehérjekinázok ugyanakkor jelátviteli kaszkádokat alkotnak és egymáshoz is kötnek. A sejtek növekedését és pusztulását szabályzó jelpályák a különböző kináz komplexeken keresztül „futnak össze”.

A sejtnövekedés egyik irányító központjának szerkezete. Az ábra az ERK2-RSK1 fehérje kinázok (narancs és szürke) kölcsönhatásának molekuláris felvételét mutatja. A sárga színnel jelzett fehérjeszakasz egy molekuláris kapcsoló elvén működik, a narancssárga fehérje ezt a részt módosítja, ezáltal a szürkét aktív állapotba löki, s ez végül sejtosztódást indít be. Fenti három-dimenziós, atomi felbontású térkép segítségével olyan hatóanyagot tervezhetünk, ami a kapcsolót folyamatosan „kikapcsolt” állapotban tartja, s így rákos folyamatok ellenében képes hatni.

A fehérjekinázok működését kórokozók is gyakran befolyásolják. A Kaposi-szarkóma ORF45 fehérjéje kötődik az aktív ERK-RSK kináz komplexhez és ezáltal fokozza a sejtnövekedést serkentő jelpálya aktivitását. A komplexen belüli kölcsönhatások logikájának az ismeretében és biokémiai szempontból helyes modell alapján futtatott számítógépes szimulációk segítségével megérthetjük, hogy a vírusfehérje hogyan „téríti el” az ERK-RSK komplex működését. ORF45 az RSK és az ERK sejtnövekedést szabályzó enzimek felszíneit rövid lineáris motívumokkal „támadja”, amik utánozzák az enzimek természetes kölcsönhatópartnereit. Érdekes, hogy ezeket a felszíneket a pestis baktérium és az enkefalomielitisz vírus fehérjéi is támadják.

Egy vírusfehérje trükkjei az ERK-RSK komplexen. A Kaposi-szarkóma ORF45 fehérje (bíbor) és az RSK2 nevű kináz (kékeszöld) komplexének térbeli szerkezete, illetve az RSK2 és az ERK2 nevű sejtnövekedést szabályzó enzimek (kinázok) felszíneinek „támadása” a vírus fehérje rövid szakaszai (lazac illetve sárga) révén.

Jelátviteli kölcsönhatások gátlására alkalmas vegyületek fejlesztése
A jelenlegi hatóanyag-tervezési stratégiák a jelátvitelt fehérjekinázok aktivitásának közvetlen gátlásán keresztül próbálják meg befolyásolni. A kinázok fehérje-fehérje kölcsönhatásainak gátlására épülő stratégiák viszont sokkal specifikusabb inhibitorok előállítását tennék lehetővé. Célunk olyan vegyületek előállítása, melyek a klasszikus, enzimaktivitást gátló vegyületeknél lényegesen specifikusabb módon képesek jelátviteli átmeneteket befolyásolni, például kinázok interakciós partnereikkel való kölcsönhatásainak gátlása révén vagy kinázok egymással alkotott komplexeinek „befagyasztása” révén.

A gyulladási folyamatok egyik központi jelátviteli komplexének szerkezete és gátlása egy komplex-specifikus inhibitorral. A p38-MK2 komplex két eltérő negyedleges szerkezetben létezhet: 1) inaktív (bal oldal), ami a nem-foszforilált p38-at (lazac) tartalmazza és a kináz domének elhelyezkedésének szempontjából paralel konformációban van, 2) anti-paralel aktív (jobb oldal), ami a foszforilált p38-at (narancs) tartalmazza. A kinázdomének N-terminális lebenyét szürke, míg a C-terminális lebenyeket színes felszínek ábrázolják. Egy gyulladáscsökkentő kismolekula a két állapot közötti természetes átmenetet gátolja, mert az inaktív állapotú negyedleges szerkezetet részesíti előnyben. A hatóanyag tehát a p38-MK2 komplexet a p38 aktivációs állapotától függetlenül az inaktív paralel szerkezetben tartja, s így meggátolja a gyulladásfokozó MK2 kináz (kék/zöld) p38 általi foszforilációját/aktivációját.

Publikációk:

https://vm.mtmt.hu//search/slist.php?nwi=1&inited=1&ty_on=1&url_on=1&cite_type=2&orderby=3D1a&location=mtmt&stn=1&AuthorID=10013627

Fontosabb publikációk (2012-2022):

A non-catalytic herpesviral protein reconfigures ERK-RSK signaling by targeting kinase docking systems in the host.

Alexa A, Sok P, Gross F, Albert K, Kobori E, Póti ÁL, Gógl G, Bento I, Kuang E, Taylor SS, Zhu F, Ciliberto A, Reményi A.

Nat Commun. 2022 Jan 25;13(1):472. doi: 10.1038/s41467-022-28109-x

Co-regulation of the transcription controlling ATF2 phosphoswitch by JNK and p38.

Kirsch K, Zeke A, Tőke O, Sok P, Sethi A, Sebő A, Kumar GS, Egri P, Póti ÁL, Gooley P, Peti W, Bento I, Alexa A, Reményi A.

Nat Commun. 2020 Nov 13;11(1):5769. doi: 10.1038/s41467-020-19582-3

MAP Kinase-Mediated Activation of RSK1 and MK2 Substrate Kinases.

Sok P, Gógl G, Kumar GS, Alexa A, Singh N, Kirsch K, Sebő A, Drahos L, Gáspári Z, Peti W,Reményi A.

Structure. 2020 Oct 6;28(10):1101-1113.e5. doi: 10.1016/j.str.2020.06.007

Disordered Protein Kinase Regions in Regulation of Kinase Domain Cores.

Gógl G, Kornev AP, Reményi A*, Taylor SS*

Trends Biochem Sci. 2019 Apr;44(4):300-311. doi: 10.1016/j.tibs.2018.12.002.

Dynamic control of RSK complexes by phosphoswitch-based regulation.

Gógl G, Biri-Kovács B, Póti ÁL, Vadászi H, Szeder B, Bodor A, Schlosser G, Ács A, Turiák L, Buday L, Alexa A, Nyitray L, Reményi A.

FEBS J. 2018 Jan;285(1):46-71. doi: 10.1111/febs.14311

Systematic discovery of linear binding motifs targeting an ancient protein interaction surface on MAP kinases.

Zeke A, Bastys T, Alexa A, Garai Á, Mészáros B, Kirsch K, Dosztányi Z, Kalinina OV, Reményi A.

Mol Syst Biol. 2015 Nov 3;11(11):837. doi: 10.15252/msb.20156269

The Structure of an NDR/LATS Kinase-Mob Complex Reveals a Novel Kinase-Coactivator System and Substrate Docking Mechanism.

Gógl G, Schneider KD, Yeh BJ, Alam N, Nguyen Ba AN, Moses AM, Hetényi C, Reményi A*, Weiss EL*

PLoS Biol. 2015 May 12;13(5):e1002146. doi: 10.1371/journal.pbio.1002146

Structural assembly of the signaling competent ERK2-RSK1 heterodimeric protein kinase complex.

Alexa A, Gógl G, Glatz G, Garai Á, Zeke A, Varga J, Dudás E, Jeszenői N, Bodor A, Hetényi C, Reményi A.

Proc Natl Acad Sci U S A. 2015 Mar 3;112(9):2711-6. doi: 10.1073/pnas.1417571112.

Structural mechanism for the specific assembly and activation of the extracellular signal regulated kinase 5 (ERK5) module.

Glatz G, Gógl G, Alexa A, Reményi A.

J Biol Chem. 2013 Mar 22;288(12):8596-8609. doi: 10.1074/jbc.M113.452235

Specificity of linear motifs that bind to a common mitogen-activated protein kinase docking groove.

Garai Á, Zeke A, Gógl G, Törő I, Fördős F, Blankenburg H, Bárkai T, Varga J, Alexa A, Emig D, Albrecht M, Reményi A.

Sci Signal. 2012 Oct 9;5(245):ra74. doi: 10.1126/scisignal.2003004

Nemzetközi együttműködések:

Susan S. Taylor – University of California – San Diego, USA

Andrea Ciliberto – IFOM, Milánó, Olaszország

Eric L. Weiss – Northwestern University, USA

Marie Bogoyevitch – University of Melbourne, Ausztrália

Krishna Rajalingam – Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Németország

EU-OPENSCREEN: http://www.eu-openscreen.eu/

Vezető

Reményi Attila

Alumni

MSc

Garai Ágnes Szonja (ELTE biológus)

Gógl Gergő (ELTE vegyész)

Fördős Ferenc (ELTE biológus)

Rádli Martina (ELTE biológus)

Glatz Gábor (ELTE biológus)

Zámbó Boglárka (ELTE biológus)

Magyary Sarolt (ELTE vegyész)

Németh Evelin (ELTE vegyész)

Takács Tamás (ELTE biológus)

Ember Orsolya (ELTE vegyész)

Balázs Bettina (SE orvos)

PhD

Glatz Gábor

Garai Ágnes Szonja

Zeke András

Kirsch Klára

Neha Sing

Posztdok

Törő Imre

Bartis Domonkos

Paál Krisztina

Zeke András

Kállainé Szarka Eszter

Egri Péter

Munkatársak

A kutatócsoport tevékenységének alapvető célja az SzKI-ban illetve együttműködések keretében különböző hazai és külföldi egyetemeken folyó szintetikus, anyagtudományi és szerkezeti kémiai kutatások elméleti hátterének biztosítása. Az elméleti kémiai tanulmányok alapvetően katalitikus folyamatok mechanizmusának feltárására illetve új vegyületek szerkezetének, fizikai kémiai tulajdonságainak és reaktivitásának jellemzésére irányulnak, de ezen túlmenően vizsgáljuk redox rendszerek tulajdonságait, oldószerek viselkedését, és újabban foglalkozunk molekula adatbázisok fejlesztésével is. A mechanizmus és szerkezeti tanulmányokban elsősorban nagypontosságú kvantumkémiai és molekuláris dinamikai számítások kerülnek alkalmazásra, míg a adatbázisok fejlesztéséhez költséghatékonyabb, szemiempirikus kvantumkémiai módszereket és gépi tanulási eljárásokat is felhasználunk. A kutatásokban fontos szerepet kap a számításokhoz alkalmazott módszerek fejlesztése is.

Kutatócsoportunkba szeretettel várjuk érdeklődő egyetemi hallgatók jelentkezését, lehetőség van szakmai gyakorlat végzésére, szakdolgozat és TDK munka írására. PhD hallgató munkakörbe keresünk végzett vagy végzős hallgatót a következő kiírás szerint.

Kutatási témák

Aszimmetrikus katalízis

A szintetikus kémia egyik legnagyobb kihívása a nagyfokú enantioszelektivitás elérése, mely általában királis katalizátorok alkalmazásával valósítható meg. A számításos kémiai tanulmányok komoly segítséget nyújthatnak a szintetikus fejlesztésekben, ugyanis a számítógépes modellezés során közvetlen információt nyerünk a királis termékekhez vezető átmeneti állapotok szerkezetéről és azok energiaviszonyairól. Ezek az ismeretek jól felhasználhatók a kísérletekben észlelt sztereoszelektivitás értelmezésében, de akár előzetes becsléseket is tehetünk új reakciók tervezéséhez. A projektben olyan katalitikus rendszereket tanulmányoznunk, melyek napjainkban a szintetikus kémia fókuszában állnak. Ilyen reakciók például az aszimmetrikus katalitikus hidrogénezés, az enantioszelektív halociklizáció, és az aszimmetrikus amin katalízis.

Kapcsolódó munkák:

• A. Hamza, K. Sorochkina, B. Kótai, K. Chernichenko, D. Berta, M. Bolt, M. Nieger, T. Repo, I. Pápai, Correlating electronic and catalytic properties of frustrated Lewis pairs for imine hydrogenation, ACS Catal. 10, 14290 (2020)
  10.1021/acscatal.0c04263
• A. Hamza, D. Moock, C. Schlepphorst, J. Schneidewind, W. Baumann, F. Glorius, Unveiling a key catalytic pocket for the ruthenium NHC-catalysed asymmetric heteroarene hydrogenation, Chem. Sci. 13, 985 (2022)
  10.1039/D1SC06409F
• D. von der Heiden, F. B. Németh, M. Andreasson, D. Sethio, I. Pápai, M. Erdelyi, Are bis(pyridine)iodine(i) complexes applicable for asymmetric halogenation?, Org. Biomol. Chem. 19, 8307 (2021)
  10.1039/D1OB01532J

Fotokémia és gerjesztett állapotú reaktivitás

A fény energiájának felhasználása kémiai kötések kialakítására, illetve felbontására napjaink egyik legintenzívebben kutatott területe. Az ilyen típusú reakciók megértéséhez és az ez alapján történő racionális fejlesztésekhez a számításos kémia alkalmazása gyakorlatilag elengedhetetlen. Képesek vagyunk leírni a fény hatására gerjesztett állapotba került molekulák elektronszerkezet-változásait, melyet kísérleti technikákkal közvetlenül nem lehetséges, vagy igen költséges feltérképezni. Ez egyben azt is jelenti, hogy reakciómechanizmusok mellett az egyes molekulák olyan fotofizikai tulajdonságait, mint az UV-látható spektrum, szolvatokróm viselkedés, töltéstranszfer jelleg, gerjesztett állapotbeli redox potenciálok vagyunk képesek akár még nem szintetizált molekulákra is pontosan jósolni. Így azonosíthatunk potenciálisan fotoaktív molekulákat, illetve kiszűrhetünk várhatóan inaktív molekulákat, nagyban segítve a szintetikus kémiai munka hatékonyságát. Csoportunkban foglalkozunk gerjesztett állapotban lezajló szerves kémiai reakciók mechanizmusának vizsgálatával, mely kutatások magukba foglalják a fotokatalízis területét is. A mechanizmusvizsgálatok mellett biológiai nyomjelző molekulák fejlesztésében is részt veszünk. Elméleti módszerfejlesztés terén pedig elsősorban UV-látható spektrum szimulációkra dolgozunk ki eljárásokat.

Kapcsolódó munkák:

• A. Adamoczky, T. Nagy, P. P. Fehér, V. Pardi-Tóth, Á. Kuki, L. Nagy, M. Zsuga, S. Kéki, Isocyanonaphthol Derivatives: Excited-State Proton Transfer and Solvatochromic Properties, Int. J. Mol. Sci. 23, 7250 (2022)
  10.3390/ijms23137250
• P. P. Fehér, Á. Madarász, A. Stirling, Multiscale Modeling of Electronic Spectra Including Nuclear Quantum Effects, J. Chem. Theory Comput. 17, 6340 (2021)
  10.1021/acs.jctc.1c00531
• P. P. Fehér, Density Functional Theory Evaluation of a Photoinduced Intramolecular Aryl Ether Rearrangement, J. Org. Chem. 86, 2706 (2021)
  10.1021/acs.joc.0c02706

Atommagok kvantumos effektusa

Kémiai folyamatok atomi szintű leírásához sokszor fontosnak adódik az atommagok kvantumos természetének figyelembevétele. A projektben ezeknek a jelentőségét szeretnénk felmérni különböző elméleti kémiai módszerekkel. Az általunk kidolgozott (GSTA) eljárást tervezzük tovább fejleszteni, és az alkalmazhatóságát felmérni. Kísérleti adatok és pályaintegrál molekuláris dinamika szimulációk alapján olyan módszereket fejlesztünk és tesztelünk, amelyekkel vegyiparban és katalízisben fontos vegyületek, folyadékok, makromolekulák tulajdonságai vizsgálhatók. Elsősorban termodinamikai mennyiségekre koncentrálunk, de alapvető szerkezeti, kinetikai és spektroszkópiai tulajdonságokat is analizálunk.

Kapcsolódó munkák:

• D. Berta, D. Ferenc, I. Bakó, A. Madarász, Nuclear quantum effects from the analysis of smoothed trajectories: Pilot study for water, J. Chem. Theory Comput. 16, 3316 (2020)
  10.1021/acs.jctc.9b00703
• I. Bakó, Á. Madarász, L. Pusztai, Nuclear quantum effects: Their relevance in neutron diffraction studies of liquid water, J. Mol. Liq. 325, 115192 (2021)
  10.1016/j.molliq.2020.115192
• P. Fehér, Á. Madarász, A. Stirling, Multiscale Modeling of Electronic Spectra Including Nuclear Quantum Effects,  J. Chem. Theory Comput. 17, 6340 (2021)
  10.1021/acs.jctc.1c00531

Makromolekulák hidratációja

A protikus oldószerekben lejátszódó reakciók során a szerves molekulák körül összetett H-hidas szerkezetek alakulnak ki. Az ilyen H-kötéses képződmények topológiájának jellemzésére statisztikus fizikai és hálózatelméleti módszereket alkalmazunk. Kvantumkémiai számításokból származtatott paraméterek segítségével részletesen vizsgáljuk a központi molekula és a hozzá kötődő vízmolekulák közötti H-kötések erősségét, különös tekintettel arra, hogy a molekula donorként vagy akceptorként vesz részt a kötés kialakításában. A projektben alapvetően makromolekulák (cukrok, fehérjék, DNS) natív szerkezetét és a dinamikus tulajdonságait befolyásoló hidratációs szféráját tanulmányozzuk, illetve az elmúlt időszakban kiemelt figyelmet kapnak a gyógyszerhordozók (pl. ciklodextrin) is. A GSTA módszer segítségével tanulmányozzuk, hogy a nukleáris kvantum effektusnak milyen hatása van a vizsgált komplex rendszerek szerkezeti, dinamikai és termodinamikai tulajdonságaira.

Kapcsolódó munkák:

• Sz. Pothoczki, I. Pethes, L. Pusztai, L. Temleitner, K. Ohara, I. Bakó, Properties of Hydrogen-Bonded Networks in Ethanol–Water Liquid Mixtures as a Function of Temperature: Diffraction Experiments and Computer Simulations, J. Phys. Chem. B 125, 6272 (2021)
  10.1021/acs.jpcb.1c03122
• A. Pethes, I. Bakó, L. Pusztai, Chloride ions as integral parts of hydrogen bonded networks in aqueous salt solutions: the appearance of solvent separated anion pairs, Phys. Chem. Chem. Phys. 22, 11038 (2020)
  10.1039/D0CP01806F

Redox-aktív szerves molekulák szűrése

Az EU Horizont 2020 keretprogramban támogatott CompBat projekt kutatói új generációs redox folyadékáramos akkumulátorokban felhasználható redox-aktív szerves molekulák azonosítását tűzték ki célul. Az energiatárolás új, biztonságos és környezetkímélő lehetőségeire irányuló kutatásokban kutatócsoportunk kvantumkémiai és gépi tanulási módszerek közös alkalmazásával olyan eljárásokat dolgoz ki, melyek nagyszámú molekula virtuális szűrését teszik lehetővé. Az eddigiek során kifejlesztett molekuláris adatbázis mintegy 10 ezer szerves molekula redukciós potenciálját tartalmazza, és a kapcsolódó stabilitás vizsgálatok illetve deep learning alkalmazások eredményei fontos támpontot nyújthatnak a szintetikus munkához és az elektrokémiai vizsgálatokhoz.

Bővebb információ:

• A CompBat projekt honlapja
• Kutatócsortunk kisfilmje

Együttműködések

• University of Jyväskylä, Finnország
• University of Helsinki, Finnország
• University of Bari, Olaszország
• Universitat Autonoma de Barcelona, Spanyolország
• University of Girona, Spanyolország
• Angstrom Laboratory, Uppsala University, Svédország

Oktatási tevékenységek

• PhD témavezetés (ELTE Kémia Doktori Iskola)
• Szakdolgozat és TDK témavezetés (ELTE TTK, BME)

Vezető

Pápai Imre

Munkatársak

Current research interests

Synthesis and characterization of pi-extended antiaromatics

A large part of our research efforts is directed towards the synthesis and characterization of unusual pi-systems that contain antiaromatic subunits. Besides the fundamental interest in understanding structure, bonding and reactivity of such polycyclic conjugated systems, pi-extended antiaromatics could be a useful compound class in molecular electronics applications.

Polydopamine-based surface chemistry

Polydopamine is a synthetic polymer inspired by mussel-adhesives that can be simply produced by the oxidative polymerization of dopamine. It is a general adherent, able to stick to essentially any surface. Furthermore, owing to the catechol moieties present in its structure, the polymer exhibits redox activity. Our group is interested in exploiting this polymer in applications ranging from heterogeneous catalysis to photoswitchable interfaces.

Recent publications:

Construction and Properties of Donor–Acceptor Stenhouse Adducts on Gold Surfaces

Dalma Edit Nánási, Attila Kunfi, Ágnes Ábrahám, Péter J. Mayer, Judith Mihály, Gergely F. Samu, Éva Kiss, Miklós Mohai and Gábor London  Langmuir 2021, 37, 10, 3057.

A photoresponsive palladium complex of an azopyridyl-triazole ligand: light-controlled solubility drives catalytic activity in the Suzuki coupling reaction

Attila Kunfi, István Jablonkai, Tamás Gazdag, Péter J. Mayer, Péter Pál Kalapos, Krisztina Németh, Tamás Holczbauer and Gábor London RSC Adv., 2021, 11, 23419.

Photoinduced changes in aromaticity facilitate electrocyclization of dithienylbenzene switches 

Baswanth Oruganti, Péter Pál Kalapos, Varada Bhargav, Gábor London and Bo Durbeej J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 13941.

Structure-property relationships in unsymmetric bis(antiaromatics): Who wins the battle between pentalene and benzocyclobutadiene?

Péter J. Mayer, Ouissam El Bakouri, Tamás Holczbauer, Gergely F. Samu, Csaba Janáky, Henrik Ottosson and Gábor London J. Org. Chem. 2020, 85, 5158.

Photoswitchable Macroscopic Solid Surfaces Based on Azobenzene‐Functionalized Polydopamine/Gold Nanoparticle Composite Materials: Formation, Isomerization and Ligand Exchange

Attila Kunfi, Rita Bernadett Vlocskó, Zsófia Keresztes, Miklós Mohai, Imre Bertóti, Ágnes Ábrahám, Éva Kiss and Gábor London ChemPlusChem 2020, 85, 797.

Vezető

London Gábor

Munkatársak

Dr. Tóth Gergely honlapja a University of Cambridge weboldalán

Vezető

Tóth Gergely

Munkatársak

A kémia és a biológia határterületén aktív kutatócsoportunk fő kutatási területei:

• az asztrociták neuronális aktivitást befolyásoló szerepének vizsgálata egészséges és beteg agyban
• potenciálisan gyógyszerfejlesztésre alkalmas (elsősorban asztrogliális) célfehérjék és -mechanizmusok azonosítása patofiziológiás körülmények között
• toxikológiai teszt platformok fejlesztése és alkalmazása gyógyszerfejlesztési projektekhez

A fenti kutatási területek vizsgálatára multidiszciplináris, in vitro és in vivo fluoreszcens képalkotási, elektrofiziológiai, toxikológiai módszereket, valamint szerves szintetikus megközelítéseket alkalmazunk.

Kutatási témák

Az asztrociták hozzájárulása a neuronális szinkronizációkhoz egészséges és kóros állapotokban

Az asztrocitáknak hosszú időn át kizárólag metabolikus támogató szerepet tulajdonítottak a központi idegrendszerben. Az utóbbi két évtized felfedezései azonban az idegrendszeri ingerületátvitel fontos szereplőiként azonosították őket, akik jelentős szerepet játszanak a neuronális aktivitás szabályozásában mind fiziológiás, mind patofiziológiás körülmények között (Héja, 2014). Korábbi munkáinkban elektrofiziológiai és képalkotó módszerekkel vizsgáltuk, hogy az asztrogliális aktivitást jól reprezentáló Ca²⁺ ion tranziensek megjelenése megfelel-e a neuronális aktivitás térbeli mintázatának. Kimutattuk, hogy a neuronális epileptiform kisülésekhez kapcsolódóan az asztrociták is szinkronizált aktivitást produkálnak, mely asztrogliális roham-szerű eseményekké evolválódik (Kékesi et al., 2015). Vagyis az asztrocitáknak megvan az a képessége, hogy indukálják a kóros mértékű neuronális szinkronizáció kialakulását epilepsziában.

A fenti kutatások kiterjesztéseként vizsgáljuk továbbá, hogy az asztrociták hozzájárulnak-e egyes fiziológiás neuronális szinkronizációk, mint például a memória konszolidációban kulcsszerepet játszó alvási lassú hullám aktivitások kialakulásához. Ennek céljából egy, a kutatóközpont Biomembrán Kutatócsoportjával (EI) kooperációban létrehozott új, Ca²⁺ ion szenzor fehérjét kifejező transzgenikus patkányokat használunk. Ezen állatokat sikeresen használtuk a neuronális és asztrogliális aktivitás alvás alatti párhuzamos monitorozására in vivo. Kimutattuk, hogy az asztrocita hálózat szinkronizációja megelőzi a neuronális szinkronizáció kialakulását, ami arra utal, hogy az asztrocita syncytiumnak oksági szerepe van a lassú-hullám aktivitás létrehozásában.

Mind az asztrociták, mind a neuronok aktívak az in vivo lassú-hullám aktivitás alatt. A: A GCaMP2 fehérjét expresszáló stabil transzgenikus patkány vonal in vivo vizsgálata. B: A GCaMP2 fehérje (zöld) kifejeződése és az asztrociták megjelölése intravénásan alkalmazott SR101 festékkel (piros). Mind a neuronok (nyilak), mind az asztrociták (nyílhegyek) kifejezik a GCaMP2 fehérjét. C: A lokális mezőpotenciál (LFP) és a neuronális (fekete) és asztrogliális (piros) Ca2+ ion tranziensek egyidejű detektálása lassú-hullám aktivitás alatt.

Astrogliális neurotranszmitter transzporterek és réskapcsolat fehérjék, mint potenciális anti-epileptikumok

Korábban kimutattuk, hogy az asztrociták jelentősen hozzájárulnak a neuronokra ható tónusos gátlás kialakításához azáltal, hogy GABA-t szabadítanak fel. A gliális Glu/GABA cserefolyamatot (Héja et al., 2009, 2012) a szinaptikusan felszabaduló Glu gliális felvétele váltja ki. A létrejövő asztrogliális negatív visszacsatolás mértéke arányos a hálózati aktivitás nagyságával, ami különösen alkalmassá teszi ezen mechanizmust arra, hogy anti-epileptikus gyógyszerfejlesztési célpont lehessen. Fontos ebből a szempontból, hogy a cserefolyamat érdemi alkotói, mint például a putrescin-GABA szintetikus útvonal vagy a GAT-3 fehérje kifejeződése önmagukban is felerősödnek epileptikus körülmények között. From a pharmacological point of view, it is also important to note that the widely used AEDs levetiracetam and clobazam have been demonstrated to increase GAT-3 expression in the hippocampus.

A Glu/GABA cserefolyamat sematikus ábrázolása

In addition to the GABA and Glu transporters, we also showed that blockade of intercellular gap junctional communication between astrocytes decreased the astrocytic synchronization and consequently inhibited or completely prevented the generation of recurrent SLEs. Therefore, the potential glial targets in AED development also includes another glial protein, the gap junction forming connexin43.

Hepatocyte-Kupffer cell cultures as advanced toxicity platforms

Munkacsoportunk további érdeklődési területe a máj uptake és efflux transzportereinek szerepe a gyógyszerindukált májkárosodás folyamatában, gyógyszerek és potenciális gyógyszermolekulák farmakokinetikai paramétereinek alakulásában, transzporter-gyógyszer interakciók vizsgálata. Tevékenységi körünkbe tartoznak gyógyszerek és potenciális gyógyszerek in vitro metabolizmusának felderítése, fázis I, fázis II metabolizáló enzimek és a máj transzporter proteinjeinek indukció és gátlás vizsgálatai. Jó eredményeket értünk el egy hepatocita-Kupffer sejt ko-kultúrán alapuló in vitro májmodell kidolgozásában, amelyet a nem parenchimális sejtek hepatoxikus folyamatokban játszott szerepének vizsgálatára fejlesztünk. A laboratórium citotoxicitás teszteket, Ca²⁺ homeosztázist, a fázis I, II enzimek, uptake és efflux transzporterek expresszióját, lokalizációját és funkcionális működését jellemző esszéket alkalmaz különféle fajokból (humán, rágcsáló, kutya) származó primer hepatocita szendvics kultúrában.

Új típusú hepatocita-Kupffer sejt kokultúra in vitro modell rendszereket fejlesztünk és alkalmazunk gyógyszerek és nanoanyagok toxikológiai szkrínelésére. A kutatóközpont más csoportjai részére rendszeresen végzünk toxikológiai vizsgálatokat.

A hepatotoxicitási vizsgálatokat szerves kémiai szintéziseink is támogatják. Fluoreszcensen jelzett epesavakat szintetizálunk, melyek az emésztésben és a lipid metabolizmusban betöltött szerepük feltárása miatt rendkívül fontosak. Használatukkal számos transzporter fehérje mint például az OATP (szerves anion transzporter fehérjék) és BSEP (epesav export pumpa fehérjék) működésének mechanizmusát tanulmányozhatjuk. Kutatásaink során epesavak NBD (4-nitrobenzo-2-oxa-1,3-diazol) konjugátumainak előállítását végezzük többlépéses szintézisek során.

Műszerek, berendezések

• FEMTONICS 2D 2-foton mikroszkóp szimultán elektrofiziológiai detektálással, Ti-Sapphire lézer
• OLYMPUS FV300 konfokális pásztázó lézer mikroszkóp 458 nm, 488 nm, 514 nm, 543 nm, 633 nm-es lézerrel, infravörös kamera (CCDIR XC-EI50) és elektrofiziológiai detektálás
• Elektrofiziológiai és szimultán optikai képalkotó berendezés (OLYMPUS BX51WI mikroszkóp, Axopatch 200B and Multiclamp 700A erősítők, Digidata 1320 and Digidata 1322A konverterek & 5 MHz Micromax CCD kamera, NeuroPDA-III, WuTech H-469IV fotódióda mátrix
• Receptor- és transzporter farmakológiai laboratóriumok, mikrocentrifugák, szűrőberendezések
• Multi-mode microplate olvasók radioaktív és fluoreszecnscens detektálással
• Sejt- és szövettenyésztési laboratóriumok, hidegszoba
• HPLC, fluorimeter, ultracentrifuga, Western blot eszközök, mély-hűtők
• Hozzáférés a központ radioizotóp laboratóriumához, likvid szcintillációs számlálók
• Hozzáférés a központ állatházához
• Hozzáférés a Semmelweis Egyetem Humán Szövetbankjához

Együttműködések

• Semmelweis Egyetem
• Eötvös Loránd Tudományegyetem
• MTA, Szegedi Biológiai Kutatóközpont
• Szent István Egyetem
• Catholic University of Louvain,
• Charité, Berlin
• University of Copenhagen
• Biopredic International, France
• University of Rennes
• Richter Gedeon Gyógyszergyár
• Solvo Zrt.
• Toxi Coop Zrt.

Oktatási tevékenység

• PhD program (ELTE, BME, Semmelweis Egyetem)
• MSc program (BME, Szent István Egyetem)

Válogatott közlemények

Kardos J, Szabó Z, Héja L. J Med Chem, 2016, 59:777-787
Kékesi O, Ioja E, Szabó Zs, Kardos J, Héja L. Front Cell Neurosci 2015, 9: 215
Héja L, Nyitrai G, Kékesi O, Dobolyi A, Szabó P, Fiáth R, Ulbert I, Pál-Szenthe B, Palkovits M, Kardos J. BMC Biol. 2012, 10:26
Carta M, Lanore F, Rebola N, Szabo Z, Da Silva SV, Lourenço J, Verraes A, Nadler A, Schultz C, Blanchet C, Mulle C. Neuron 2014, 81:787.
Okiyoneda T, Veit G, Dekkers JF, Bagdany M, Soya N, Xu H, Roldan A, Verkman AS, Kurth M, Simon A, Hegedus T, Beekman JM, Lukacs GL. Nature Chem Biol. 2013, 9:444.
Jemnitz K, Szabo M, Batai-Konczos A, Szabo P, Magda B, Veres Z. Drug Metab Lett. 2015, 9:17-27.
Szabo M, Veres Z, Baranyai Z, Jakab F, Jemnitz K. PLoS One 2013, 8:e59432.

Vezető

Héja László

Munkatársak

Soós Tibor

Saját honlap

www.orgcat.hu

Kutatási területek

• Frusztrált Lewis sav-bázis párokon alapuló katalizátor rendszerek fejlesztése és vizsgálata
• Bifunkcionális organokatlizátorok fejlesztése és alkalmazása aszimmetrikus szintézisekben
• Monoterpén indolalkaloidok totálszintézise
• Feszültgyűrűs heterociklusok vizsgálata
• Új aktiválási módok fejlesztése mind katalitikus, mind sztöchiometrikus módszerekkel

Műszerek, berendezések

• Szintetikus szerves kémiai laboratóriumok
• GS Glovebox
• Nagynyomású hidrogénező rendszer (100 bar)
• ElektraSyn 2.0 elektrokémiai reaktor
• Anton Paar Monowave 300 mikrohullámú reaktor
• Teledyne Combiflash kromatográfok
• ECOM/Teledyne preparatív HPLC rendszer
• SZKI központi műszeres laboratóriumok
  • Varian Inova 300 NMR spektrométer
  • Varian Inova 500 NMR spektrométer
  • Shimadzu 2010 Ultra GC-MS készülék
  • Shimadzu 2020 LC-MS készülék
  • ABL&E-Jasco HPLC rendszer királis elválasztáshoz
  • Agilent 6850 GC-FID királis elválasztáshoz
  • PerkinElmer Spectrum 3 MIR/FIR spektrométer
  • Jasco P-2000 polariméter
  • Metrohm Karl-Fisher automata víztartalom meghatározó készülék
  • Meltview automata olvadáspont meghatározó készülék

Oktatási tevékenységek

Előadások, szemináriumok és laboratóriumi gyakorlatok tartása a Budapesti Eötvös Loránd Tudományegyetemen

• Totálszintézisek klasszikusai (Soós Tibor)
• Heterociklusos vegyületek kémiája (Varga Szilárd)
• Elméleti szerves kémia (Varga Szilárd)
• Zöldkémiai laboratóriumi gyakorlatok – Organokatalízis

Válogatott közlemények

2017
Bakos Mária, Gyömöre Ádám, Domján Attila, Soós Tibor:
Auto-Tandem Catalysis with Frustrated Lewis Pairs for Reductive Etherification of Aldehydes and Ketones,
ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION 56: (19) pp. 5217-5221.

2017
Dorkó É, Szabó M, Kótai B, Pápai I, Domján A, Soós T:
Expanding the Boundaries of Water-Tolerant Frustrated Lewis Pair Hydrogenation: Enhanced Back Strain in the Lewis Acid Enables the Reductive Amination of Carbonyls,
ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION 56: (32) pp. 9512-9516.

2016
Berkes Barbara, Ozsváth Kristóf, Molnár Laura, Gáti Tamás, Holczbauer Tamás, Kardos György, Soós Tibor:
Expedient and Diastereodivergent Assembly of Terpenoid Decalin Subunits having Quaternary Stereocenters through Organocatalytic Robinson Annulation of Nazarov Reagent,
CHEMISTRY-A EUROPEAN JOURNAL 22: (50) pp. 18101-18106.

2014
Kótai B, Kardos G, Hamza A, Farkas V, Pápai I, Soós T:
On the mechanism of bifunctional squaramide-catalyzed organocatalytic michael addition; protonated catalyst as an oxyanion hole,
CHEMISTRY-A EUROPEAN JOURNAL 20: pp. 5631-5639.

2014
Keserű GM, Soós T, Kappe CO:
Anthropogenic reaction parameters – the missing link between chemical intuition and the available chemical space,
CHEMICAL SOCIETY REVIEWS 43: pp. 5387-5399.

2013
Kardos György, Soós Tibor:
Tether-Free Immobilized Bifunctional Squaramide Organocatalysts for Batch and Flow Reactions,
EUROPEAN JOURNAL OF ORGANIC CHEMISTRY 21: pp. 4490-4494.

2010
Eros G, Mehdi H, Papai I, Rokob TA, Kiraly P, Tarkanyi G, Soos T:
Expanding the scope of metal-free catalytic hydrogenation through frustrated lewis pair design,
ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION 49: (37) pp. 6559-6563.

2008
Rokob TA, Hamza A, Stirling A, Soós T, Pápai I:
Turning frustration into bond activation: A theoretical mechanistic study on heterolytic hydrogen splitting by frustrated Lewis pairs,
ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION 47: (13) pp. 2435-2438.

2006
Hamza A, Schubert G, Soós T, Pápai I:
Theoretical studies on the bifunctionality of chiral thiourea-based organocatalysts: Competing routes to C-C bond formation,
JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY 128: (40) pp. 13151-13160.

2005
Vakulya B, Varga SZ, Csámpai A, Soós T:
Highly enantioselective conjugate addition of nitromethane to chalcones using bifunctional cinchona organocatalysts,
ORGANIC LETTERS 7: (10) pp. 1967-1969.

Munkatársak

http://medchem.ttk.hu/

Kutatási területek

Fragmensalapú gyógyszertervezés GPCR és kináz célpontokra. Szerves kémiai eljárásfejlesztés kismolekulás gyógyszervegyületekre. Heterociklusos vegyületek szintézise és a reakciómechanizmusok vizsgálata.

Kutatási témák

• Új STAT inhibitorok számítógépes tervezése és szintézise
• Központi idegrendszeren ható vegyületek fragmensalapú tervezése és szintézise
• Kovalensen kötő ligandumok fragmensalapú tervezése és szintézise

Válogatott friss publikációk

Teljes aktuális lista a csoport saját honlapján: http://medchem.ttk.hu/

Jonas Boström, Dean G. Brown, Robert J. Young & György M. Keserű, Expanding the medicinal chemistry synthetic toolbox, Nature Reviews Drug Discovery, 2018, 17, 709-727.

Bettina Wingelhofer, Barbara Maurer, Elizabeth C. Heyes, Abbarna C. Cumaraswamy, Angelika Berger-Becvar, Elvin D. de Araujo, Anna Orlova, Patricia Freund, Frank Ruge, Jisung Park, Gary Tin, Siawash Ahmar, Charles-Hugues Lardeau, Irina Sadovnik, Dávid Bajusz, György Miklós Keserű, Florian Grebien, Stefan Kubicek, Peter Valent, Patrick T. Gunning and Richard Moriggl, Pharmacologic inhibition of STAT5 in acute myeloid leukemia, Leukemia, 2018, 32, 1135-1146.

Glyn Williams, György G. Ferenczy, Johan Ulander, György M. Keserű, Binding thermodynamics discriminates fragments from druglike compounds: a thermodynamic description of fragment-based drug discovery, Drug Discovery Today, 2017, 22 (4), 681-689.

György M Keserű, Daniel Andrew Erlanson, György G Ferenczy, Michael M. Hann, Christopher W Murray, and Stephen D. Pickett, Design principles for fragment libraries – Maximizing the value of learnings from Pharma fragment based drug discovery (FBDD) programs for use in academia. Journal of Medicinal Chemistry, 2016, 59 (18), 8189-8206.

Műszerek, berendezések

• Szintetikus szerves kémiai laboratóriumok
• Szerves Analitikai Laboratórium műszerei (NMR, FT-IR, UV-Vis, GC-MS, HPLC-MS)
• Nagy teljesítményű számítógép klaszter

Együttműködések

• University College London (kovalens ligandumok)
• Brüsszeli Szabadegyetem (kovalens ligandumok)
• Ljubljanai Egyetem (kovalens ligandumok)
• Bécsi Állatorvostudományi Egyetem (STAT inhibitorok)
• Barcelonai Egyetem, Spanyolország (kovalens ligandumok)
• Lengyel Tudományos Akadémia, Lengyelország (GPCR fragmens tervezés)
• Amszterdami Szabadegyetem, Hollandia (GPCR fragmens tervezés)
• Floridai Egyetem, USA (Janus kináz inhibitorok)
• Düsseldorfi Heinrich Heine Egyetem, Németország (GPCR fragmens tervezés)
• Bécsi Műszaki Egyetem, Ausztria (biológiailag aktív triazolok)
• Reims-i Egyetem, Franciaország (indol-alkaloidok)
• Cordoba-i Egyetem, Argentina (nitrogén-heterociklusok flash-vákuum pirolízise)
• Liszabon-i Egyetem, Portugália (multidrog-rezisztencia gátló heteroaromás vegyületek)
• Ankarai Egyetem, Törökország (benztiazolok, benzoxazolok)

Oktatási tevékenységek

Egyetemi és doktori képzés a Budapesti Eötvös Loránd Tudományegyetemen, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetemen, valamint a Debreceni Egyetemen

Vezető

Keserű György Miklós

Munkatársak