Biotechnologia pl: Z pojęciem syntetycznej letalności spotykamy się od dość niedawna w biologii molekularnej, czy mógłby Pan profesor powiedzieć coś więcej o tym zjawisku?

Syntetyczna letalność jest, jeśli można tak powiedzieć zjawiskiem, w którym komórka zostaje pozbawiona genu uczestniczącego w ważnym dla tej komórki procesie metabolicznym, pozwalającym na jej przeżycie. Nic w przyrodzie nie ginie, więc utrata tego genu jest kompensowana przez działanie innego genu uczestniczącego w szlaku alternatywnym dla tego procesu. W komórce nowotworowej, gdzie utrata jednego z tych genów jest wielce prawdopodobna ze względu na ogrom różnego rodzaju rearanżacji i zmian w genomie tych komórek powoduje, że jej przeżycie zależy od tego alternatywnego genu. Ten drugi gen jest celem dla niskocząsteczkowych inhibitorów. Wyłączenie tego alternatywnego genu przez zastosowanie inhibitora jest celem dla nowatorskich terapii przeciwnowotworowych. Można do tego celu wykorzystać elementy składające się na komórkową naprawę DNA. Jest wiele szlaków naprawy DNA, w których jeden zastępuje drugi np.: naprawa przez homologiczną rekombinację (HRR, ang. homologous recombination) może być kompensowana przez niehomologiczne łączenie końców (NHEJ, ang. non-homologous end joining). Oba te typy naprawy są mechanizmami składającymi się na naprawę pęknięć dwuniciowych DNA (DSB ang. double-strandbreaks). Komórki nowotworowe często posiadają defekty w jednym z kompensujących się szlaków naprawy DNA, co sugeruje, że zahamowanie alternatywnego szlaku naprawy może wywołać syntetyczną letalność w tych komórkach.

Czy syntetyczna letalność może mieć istotne znaczenie w którymś z tych systemów naprawy DNA, o którym Pan Profesor wspominał?

Dane literaturowe donoszą, że dla komórek nowotworowych defektywnych w HRR, gdzie uszkodzenia mogą mieć kolosalne znaczenie dla jej przeżywalności istnieje wiele nowych możliwości dla rozwoju terapii przeciwnowotworowej, opartych o koncepcję syntetycznej letalności, które są obecnie testowane w badaniach klinicznych. Komórki defektywne w HRR są wrażliwe na syntetyczną letalność jeśli inny system naprawy w takich defektywnych komórkach jest zahamowany. Ze względu na kompensacyjny efekt szlaków naprawy HRR oraz NHEJ, należy w kontekście planowania strategii badawczej, a w przyszłości terapii przeciwnowotworowej brać pod uwagę kompleksową naprawę DSB. Niezbędne jest znalezienie i zahamowanie kluczowych białek uczestniczących w takich procesach. Chciałbym tutaj dodać, że nasze badania są finansowane ze środków Narodowego Centrum Nauki, w ramach projektu: „Białka naprawy pęknięć dwuniciowych DNA jako cele dla spersonalizowanej terapii przeciwnowotworowej opartej na syntetycznej letalności”, który będzie realizowany  w latach 2013-2016 na Uniwersytecie Łódzkim, a którego jestem kierownikiem.

Na tym poziomie należy zatem, zadać sobie pytanie jaki cel przyświeca badaniom prowadzonym przez Pański zespół badawczy?

Celem badawczym realizowanego przez Nas projektu jest poszukiwanie związku pomiędzy syntetyczną letalnością komórek nowotworowych wywołaną przez aptamery, bądź niskocząsteczkowe inhibitory białek naprawy dwuniciowych pęknięć DNA, a profilem ekspresji genów kodujących te białka. Realizacja tego celu może pozwolić na pogłębienie wiedzy na temat syntetycznej letalności nowotworów opartej na defektywnych mechanizmach naprawy dwuniciowych pęknięć DNA. Dodatkowo cel ten umożliwi stworzenie swoistej bazy łączącej typ inhibitora czy aptameru z profilem ekspresji genów naprawy DSB pozwalającej na potencjalne zastosowanie w przyszłości tych związków chemicznych w badaniach klinicznych, w skutecznej, spersonalizowanej terapii przeciwnowotworowej.

Czy można powiedzieć, że aby dokonać trafnej oceny syntetycznej letalności potrzebny jest do tego „syntetyczny” sprawnie działający zespół badawczy?

Zdecydowanie tak, dlatego, aby postawione przez nas hipotezy badawcze uległy trafnemu zweryfikowaniu eksperymenty które wykonujemy muszą mieć charakter interdyscyplinarny. Nasza grupa badawcza, w oparciu o wieloletnią współpracę z prof. Skórskim z Temple University, Philadelphia w USA, prowadzi doświadczenia, które oceniają efektywność naprawy DNA na poziomie genetycznym, jak i funkcjonalnym. Od paru lat nasza amerykańska część grupy badawczej zajmuje się tematyką syntetycznej letalności. Współpracujemy także z zespołem chemików prof. Tulina z Thomas Jefferson University, Philadelphia USA, gdzie projektowane są, a później syntetyzowane aptamery skierowane przeciwko kompleksom:  RAD51-RAD52 i RAD52-RPA34, i PARP1-XRCC1. Ten aspekt naszych badań jest nowatorski w skali światowej. Nie ograniczamy się tylko do współpracy międzynarodowej, ale również prowadzimy wspólne badania z polskimi ośrodkami. Bardzo dobrym ośrodkiem badawczym jest Zakład Biologii Molekularnej Nowotworów Uniwersytetu Medycznego w Łodzi, którego kierownikiem jest Pani Prof. Małgorzata Czyż. W Zakładzie tym od wielu lat, z sukcesami, prowadzone są badania na bardzo dobrze scharakteryzowanych liniach komórkowych wyprowadzonych od pacjentów z czerniakiem. Dodatkowo współpracujemy z Zespołem prof. Janusza Szemraja z Zakładu Biochemii Medycznej Uniwersytetu Medycznego w Łodzi.

Jakimi osiągnięciami mogą się Państwo już pochwalić?

W uzyskanych dotychczas wynikach eksperymentalnych, wykonanych między innymi przeze mnie podczas stażu naukowego w Temple University w 2012 roku, przeprowadzonych na komórkach białaczkowych pacjentów, zaobserwowano różnice w profilach ekspresji genów naprawy pęknięć dwuniciowych DNA (PALB2, BRCA1, BRCA2, RPA1, RPA2, RPA3, RAD51, RAD52, PRKDC, XRCC5, XRCC6, LIG4, PARP1, LIG3) dla komórek prawidłowych i nowotworowych tych pacjentów. Dodatkowo też w korelacji z uzyskanymi zmianami w profilach ekspresji badanych genów, wyselekcjonowano niskocząsteczkowe inhibitory i aptamery dla białek naprawy wywołujące syntetyczną letalność tylko w komórkach nowotworowych. W najbliższym czasie planujemy wykorzystać w naszych badaniach niskocząsteczkowe inhibitory białka PARP: 5F2 i 1E11 (testowane obecnie przez nasz zespół w USA, ze skutkiem pozytywnym, na komórkach białaczkowych pochodzących od pacjentów). Niezwykle interesujące wyniki otrzymaliśmy dla inhibitora Oliparib, który może również niespecyficznie hamować inne białka komórkowe. Wydaje się, że inhibitory tego białka oparte na inaktywacji jego domeny pozwalającą na oddziaływanie z histonem H4, mogą okazać się bardziej specyficzne w wywoływaniu syntetycznej letalności w komórkach nowotworowych. To co podkreśliłem wcześniej, że w fazie projektowania, przez naszą amerykańską część zespołu znajdują się także aptamery skierowane przeciwko kompleksom białek naprawy DNA. Część z tych wyników została opisana w przyjętym do druku, artykule w czasopiśmie „Blood”.

Czy uzyskane obiecujące wyniki badań dla komórek białaczkowych skłoniły Państwa do rozszerzenia spektrum Państwa działań na inne typy nowotworów złośliwych, o bardzo niskim współczynniku rakowniczym?

Badania, które prowadzimy mają głównie za zadanie zwiększenie wiedzy na temat biologii nowotworów. Skorelowanie poziomu ekspresji genów naprawy dwuniciowych pęknięć DNA dla różnych typów nowotworów i ich odpowiedzi na związki chemiczne celujące w białka naprawy DSB pozwoli bliżej zrozumieć mechanizm syntetycznej letalności nowotworów oparty na udziale białek naprawy DNA. Wiedzę tę poszerzyć może również zastosowanie kilku rodzajów związków chemicznych skierowanych przeciwko różnym domenom białek naprawy DNA. Dodatkowo stworzenie swoistej biblioteki profili ekspresji genów naprawy DNA skojarzonych z hamującym działaniem związków chemicznych na wzrost i rozwój komórek nowotworowych różnych typów guzów złośliwych może w przyszłości pozwolić na wykorzystanie tego modelu w spersonalizowanej terapii przeciwnowotworowej, co jest celem perspektywicznym tych badań. Na pewno pozytywnym aspektem tego projektu będzie także uzyskanie linii ludzkich komórek nowotworowych różnych typów mogących stać się w przyszłości bazą dla innych badań poznawczych, pozwalających na pogłębienie wiedzy na temat biologii tego typu komórek.

Czy jest nadzieja, że badania które państwo prowadzą, a które jak na razie mają wymiar podstawowy, mogą w przyszłości znaleźć zastosowanie aplikacyjne?

Jak najbardziej tak. Wyniki, które do tej pory otrzymała amerykańska część zespołu badawczego pozwoliła na złożenie wniosku patentowego do Amerykańskiego Urzędu Patentowego dotyczącego skuteczności hamowania aktywności białka RAD52 przez aptamer F79 (#61811213). Planowane jest także składanie wniosków patentowych w przypadku innych badanych związków chemicznych, jeśli w toku wykonywanych eksperymentów okażą się skuteczne w wywoływaniu syntetycznej letalności komórek nowotworowych.

dr hab. inż. Tomasz Śliwiński, prof. nadzw. UŁ - 16 lipca 2004 roku na Wydziale Biotechnologii i Nauk o Żywności Politechniki Łódzkiej uzyskał stopień naukowy doktora nauk technicznych w zakresie: technologia chemiczna, specjalność biotechnologia. Swoją dalszą prace naukową kontynuował w Katedrze Genetyki Molekularnej Wydziału Biologii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Łódzkiego. Stopień naukowy doktora habilitowanego w dziedzinie nauk biologicznych, w dyscyplinie biochemia, w zakresie specjalności genetyka molekularna, uzyskał 31 maja 2011 roku na Wydziale Biologii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Łódzkiego, a od 1 września 2011 został profesor nadzwyczajnym w Katedrze Genetyki Molekularnej tej samej jednostki naukowej. Był wykonawcą 4 grantów naukowo-badawczych finansowanych ze środków MNiSW, a obecnie jest kierownikiem dwóch projektów naukowych finansowanych przez NCN. Od lutego do września 2012 odbywał długoterminowy staż zagraniczny w Department of Microbiology and Immunology, Temple University, Philadelphia, USA, sfinansowany ze Stypendium Naukowego Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego „Mobilność Plus”. Jest współautorem ponad 40 prac oryginalnych i przeglądowych, o łącznej liczbie cytowań 301 oraz laureatem wielu prestiżowych nagród i wyróżnień.