Rok 2025 kluczowy dla Centrum Badawczego Naprawy DNA i Replikacji
Rok 2025 będzie dla nas przełomowy – twierdzi dr Karol Kramarz, kierownik Inkubatora Doskonałości Naukowej – Centrum Badawczego Naprawy DNA i Replikacji na Wydziale Nauk Biologicznych UWr, z którym rozmawiamy o sukcesach badawczych Inkubatora i planach na przyszłość.
Ewelina Kośmider.: Inkubator Doskonałości Naukowej – Centrum Badawcze Naprawy DNA i Replikacji rozpoczął działalność ponad 3 lata temu, przypomnijmy czym się zajmuje?
Dr Karol Kramarz: Inkubator powstał 1 października 2021 roku. Zespół Inkubatora Doskonałości Naukowej – Centrum Badawczego Naprawy DNA i Replikacji realizuje projekt pt. „Decoding SUMO-interactions at replication stress sites: mechanisms and consequences for genome maintenance”. W szerokim kontekście projekt ten ma na celu opisanie mechanizmów specyficznej modyfikacja białek, zwanej SUMOilacją, w miejscach stresu replikacyjnego, czyli lokalnie zaburzonego procesu powielania materiału genetycznego. Ponadto, w trakcie funkcjonowania zespołu podjęliśmy szereg nowych osi badawczych, docelowo mających umożliwić pozyskanie zewnętrznych środków na finansowanie przyszłych projektów.
E.K. Jakie cele badawcze udało się Państwu do tej pory osiągnąć?
Dr Karol Kramarz: Najważniejszym zadaniem postawionym przede mną, jako kierownikiem Inkubatora, po przyznaniu mi finansowania, było utworzenie nowej jednostki badawczej na Wydziale Nauk Biologicznych – zgranego zespołu złożonego z młodych naukowców w początkowych etapach kariery naukowej. Razem z dr Ireneuszem Litwinem oraz dr Katarzyną Markowską, którzy weszli w skład inkubatora, rozpoczęliśmy żmudny proces wprowadzania i optymalizowania technik związanych z wykorzystaniem naszego ulubionego organizmu modelowego, drożdży rozszczepkowych Schizosaccharomyces pombe. Po skompletowaniu potrzebnego sprzętu i wdrożeniu metod badawczych rozpoczęliśmy realizację celów postawionych w projekcie inkubatora. Aktualnie do zespołu należy również mgr Aleksandra Broczkowska, zatrudniona na stanowisku samodzielnego biologa, doktorantka Dorota Misiorna, studentka studiów magisterskich Julia Kończak oraz magistrant Mika Haenen, student z belgijskiego Katholieke Universiteit Leuvem realizujący projekt badawczy w moim zespole w ramach programu edukacyjnego Unii Europejskiej Erasmus+.
E.K.: Proszę jeszcze na początku wyjaśnić, czym jest SUMO, które jest przedmiotem Państwa badań?
Dr Karol Kramarz: SUMO (z ang. small ubiquitin like modifier), to małe białko sygnałowe, podobne do ubikwityny, obecne zarówno w jednokomórkowych drożdżach, jak i w komórkach ludzkich.
E.K.: Białko sygnałowe to białko, które pełni funkcje nośnika informacji?
Dr Karol Kramarz: Tak, białka sygnałowe przenoszą informacje odnośnie sygnalizacji wewnątrzkomórkowej albo międzykomórkowej. Cząsteczki SUMO po dołączeniu do białek docelowych, zaangażowanych w metabolizm DNA, mogą modyfikować funkcje tych białek, wpływać na ich lokalizację lub ewentualnie kierować je na ścieżkę degradacji. W tym kontekście można założyć że cząsteczki SUMO niosą informację odnośnie losu białek docelowych. SUMO może być dołączane w postaci pojedynczych cząsteczek, ale również może tworzyć polimeryczne łańcuchy. SUMOilacja jest kluczowa dla przeżywalności komórek, moduluje różnorodne procesy komórkowe włącznie z metabolizmem DNA – jego duplikacją i naprawą. U ludzi pokazano, że zaburzenia w szlaku SUMOilacji mogą leżeć u podłoża chorób nowotworowych. Pomimo, że od odkrycia SUMOilacji w komórkach drożdży piekarniczych minęło ponad 30 lat, a mechanizmy SUMO są obiektem badań licznych zespołów na świecie, ciągle wiele aspektów tej modyfikacji pozostaje słabo poznanych. Nasze badania mają na celu, między innymi, opisanie wpływu formowania polimerycznych łańcuchów SUMO – dotychczas sądzono że łańcuchy te są jedynie sygnałem do degradacji modyfikowanych białek. Analizy przeprowadzone przez nasz zespół sugerują jednakże, że rola łańcuchów SUMO jest znacznie szersza i wpływa między innymi na utrzymanie stabilności genetycznej trudnych do replikacji miejsc genomu, takich jak centromery poprzez odpowiednią rekrutację enzymów naprawczych, w tym białek homologicznej rekombinacji. Manuskrypt, w którym prezentujemy wyniki tych badań, znajduje się aktualnie w procesie recenzji, jesteśmy na etapie przygotowywania kompleksowej odpowiedzi na uwagi recenzentów i wkrótce będziemy wysyłać do redakcji zmodyfikowaną pracę, uzupełnioną o szereg nowych analiz. Przez „wkrótce” mam na myśli około 3-4 miesięcy, ze względu na wprowadzenie kolejnych technik i przygotowanie adekwatnej odpowiedzi na uwagi recenzentów.
Ponadto, jak już wspomniałem, rozpoczęliśmy realizację kilku nowych osi badawczych. Dr Ireneusz Litwin otrzymał w 2023 roku grant badawczy OPUS24 pt. „Mapa uszkodzeń DNA i procesów naprawczych indukowanych przez arsen” w wysokości 2 199 660 zł. Dr Katarzyna Markowska rozpoczęła realizację nowego projektu z wykorzystaniem nieaktywnej katalitycznie nukleazy Cas9 (dCas9), jako narzędzia do wytwarzania specyficznej blokady replikacji w ramach grantów wewnętrznych IDUB. Sam niedawno złożyłem grant OPUS28, rozstrzygnięcie w nadchodzących miesiącach.
E.K.: Jak przebiega współpraca z Instytutem Curie we Francji, którą planowaliście Państwo zakładając inkubator? Co dzięki niej udało się osiągnąć, jaki wkład w realizację celów badawczych miał Instytut Curie?
Dr Karol Kramarz: Współpraca z Instytutem Curie, w którym wykonywałem staż podoktorski, po moim powrocie na Uniwersytet Wrocławski przebiega bardzo owocnie. Jeszcze w 2021 roku opublikowaliśmy razem z dr hab. Sarą Lambert pracę przeglądową, w której podsumowaliśmy aktualny stan wiedzy na temat przemieszczania różnych uszkodzeń DNA wewnątrz jąder komórkowych, w szczególności kładąc nacisk na regulacyjną rolę SUMOilacji dla powyższych procesów. W połowie 2024 roku opublikowany został artykuł w prestiżowym czasopiśmie Nucleic Acids Research, na temat badań rozpoczętych przeze mnie jeszcze w trakcie zatrudnienia w Instytucie Curie, kontynuowanych przez zespół Sary Lambert. Część badań wykonałem na Uniwersytecie Wrocławskim w ramach prowadzonego Inkubatora Doskonałości Naukowej. Publikacja tego artykułu była możliwa dzięki wspólnej koordynacji badań pomiędzy zespołem Sary Lambert, Inkubatorem Doskonałości Naukowej oraz grupą prof. Antoniego Carra z University of Sussex w Anglii. Praca ta pokazuje rolę usuwania SUMOilowanych białek przez enzymy znajdujące się na otoczce jądrowej (błonie komórkowej oddzielającej jądro od cytoplazmy) dla wznawiania syntezy DNA podczas zaburzeń replikacji. W ten sposób udało nam się odpowiedzieć, przynajmniej w pewnym stopniu na otwarte pytania postawione we wspomnianym artykule przeglądowym z 2021 roku.
To dotychczasowe wymierne korzyści naszej współpracy, natomiast bardzo istotnym aspektem jest prowadzona przez nas wymiana informacji i dyskusja na temat różnych osi badawczych, podejmowanych zarówno w grupie Dr Lambert jak i w prowadzonym przeze mnie Inkubatorze. Staramy się utrzymywać regularne kontakty, nie tylko w ramach międzynarodowych konferencji, ale również w postaci bezpośrednich wizyt. We wrześniu 2023 Sarah Lambert odwiedziła Wrocław i nasz Uniwersytet. Oprócz możliwości posłuchania jej wykładu przez pracowników, była to dla nas okazja do ustalenia głównej strategii badawczej dla projektu, który ostatecznie zakończył się wspomnianą wcześniej przeze mniepublikacją w Nucleic Acids Research. Wizyta Sary Lambert we Wrocławiu była jednocześnie jej pierwszą podróżą do Polski, co pozwala mieć nadzieję na budowanie pozytywnego wizerunku naszego kraju u obcokrajowców. Ja natomiast odwiedziłem Instytut Curie trzykrotnie (2022-2024), przy okazji uczestnicząc w obronach doktorskich studentów których miałem przyjemność szkolić i nadzorować jeszcze w trakcie stażu podoktorskiego. Jeżeli zaś chodzi o wkład Instytutu Curie w realizację celów badawczych Inkubatora Doskonałości Naukowej – Centrum Badawcze Naprawy DNA i Replikacji, to korzystamy z możliwości konsultacji i dyskusji problematycznych wyników razem z uznanymi ekspertami na arenie międzynarodowej. W planach na przyszłość mamy kolejne spotkania z Dr Lambert, zarówno przy okazji uczestnictwa w międzynarodowych konferencjach naukowych, jak i bezpośrednich wizyt, co daje możliwość realizacji wspólnych, przyszłych projektów.
E.K.: Tworząc inkubator zakładaliście współpracę również wewnątrz Uniwersytetu Wrocławskiego. Z kim współpracowaliście, w jakim zakresie i jakie były owoce tej współpracy?
Dr Karol Kramarz: Na Uniwersytecie prowadzimy aktywną współpracę z Zakładem Genetyki i Fizjologii Komórki prof. Roberta Wysockiego na Wydziale Nauk Biologicznych, co umożliwiło opublikowanie naszych wspólnych badań w czasopiśmie Nucleic Acids Research w 2023 roku, dotyczących wpływu remodelera chromatyny Isw1 na organizację kohezyn w centromerach drożdży piekarniczych. Z drugiej strony, prowadzę wieloletnią współpracę z dr hab. Dorotą Dziadkowiec z Wydziału Biotechnologii. W 2022 roku napisaliśmy razem pracę przeglądową na temat wspólnych badań nad translokazami DNA w – enzymami remodelującymi chromatynę w odpowiedzi na stres replikacyjny. Z kolei na początku 2024 roku opublikowaliśmy badania dotyczące modulacji odpowiedzi na stres replikacyjny w drożdżach rozszczepkowych. Ponadto, jestem promotorem pomocniczym doktorantki Doroty Misiornej razem z dr hab. Dziadkowiec, co jeszcze bardziej wzmacnia naszą współpracę. Aktualnie przygotowujemy manuskrypt dotyczący naszych wspólnych badań, sądzę że do wakacji znajdzie się on w recenzji.
E.K.: Jakie metody badawcze Państwo stosowaliście?
Dr Karol Kramarz: Po pierwsze, ze względu na niekompletne informacje odnośnie modyfikowanych substratów w miejscach zatrzymania replikacji lub uszkodzeń DNA, wprowadziliśmy molekularną technikę (zwaną SUMO-ID) umożliwiającą analizę SUMOilacji w miejscach zachodzącej naprawy DNA. Pozwala to na identyfikację białek regulowanych przez SUMO na spektrometrze masowym. Jest to metoda umożliwiająca analizowanie składu tak zwanych ‘chmur’ SUMOilacji – grupowego dołączania cząsteczek SUMO w miejscach naprawy DNA.
Po drugie, wprowadziliśmy do regularnego użytku techniki precypitacji białek związanych z chromatyną (z ang. chromatin immunoprecipitation) połączone z sekwencjonowaniem następnej generacji. Daje to możliwość obrazowania interakcji badanych białek z DNA w kontekście całego genomu, co znacznie rozszerza nasze początkowe analizy z wykorzystaniem klasycznej metody ilościowego PCR (łańcuchowej reakcji polimerazy).
Udało nam się wprowadzić i zoptymalizować technikę dwukierunkowej elektroforezy DNA. Jest to metoda umożliwiająca obrazowanie replikacji DNA zachodzącej w wybranych miejscach w genomie. Co istotne, jest to zaawansowana technika biologii molekularnej, wykorzystywana przez zaledwie kilka laboratoriów na świecie, głównie ze względu na stopień komplikacji. W trakcie stażu podoktorskiego nauczyłem się wykonania żeli 2D, co umożliwiło wprowadzenie tej techniki do regularnego użytku w Inkubatorze Doskonałości Naukowej na Uniwersytecie Wrocławskim.
E.K.: Celem Inkubatorów Doskonałości Naukowej jest „wymierne zwiększenie osiągnięć naukowych w obszarach badawczych, które w skali Uniwersytetu Wrocławskiego mają mniejszą rozpoznawalność międzynarodową”, czy ten cel udało się już Państwu osiągnąć?
Dr Karol Kramarz: Ponieważ projekt jest ciągle w trakcie realizacji, cel dotyczący zwiększania osiągnięć naukowych pozostaje w toku. Dotychczas zrealizowaliśmy kilka projektów, które zaowocowały publikacjami w prestiżowych czasopismach o zasięgu międzynarodowym, uczestniczyliśmy również w szeregu topowych konferencjach naukowych, gdzie bezpośrednio reprezentowaliśmy Uniwersytet Wrocławski, między innymi w Lizbonie w Portugalii w 2023 roku na 23rd Recombination Mechanisms Conference, a także w Leiden w Niderlandach na konferencji EMBO Workshop Chromatin dynamics and nuclear organization in genome maintenance w 2024 roku.
Jak wspomniałem wcześniej, manuskrypt będący owocem pracy zespołu Inkubatora znajduje się aktualnie w recenzji, po pierwszej rundzie uwag recenzentów. Ponadto, jednym z projektów, który realizujemy we współpracy z laboratorium zdobywcy grantu ERC Starting 2022, dr Marcinem Suskiewiczem z Orleanu we Francji, jest analiza SUMOilacji endonukleazy Ctp1 w regulacji odpowiedzi stresu replikacyjnego. Warto wspomnieć że w 2023 roku dr Litwin udał się na dwumiesięczny staż do Orleanu, gdzie z sukcesem wykonał analizy biochemiczne na oczyszczonym Ctp1, co umożliwiło pokazanie przez niego SUMOilacji Ctp1 in vitro. To również wpływa na zwiększenie międzynarodowej rozpoznawalności Uniwersytetu Wrocławskiego.
E.K.: Jakie plany macie Państwo na ten rok?
Dr Karol Kramarz: Rok 2025 jest dla nas przełomowy – nie tylko finalizujemy jedną z głównych osi badawczych – mam nadzieję z sukcesem, ale również jesteśmy u progu zakończenia projektu Inkubatora Doskonałości Naukowej. Nadchodzące miesiące będą decydujące odnośnie dalszych losów zbudowanego przeze mnie Centrum Badawczego. Wiele będzie zależeć od uzyskania przeze mnie nowego finansowania na projekty badawcze wynikające bezpośrednio z realizacji zadań Inkubatora. Mam również nadzieję na aktywne kontakty z zagranicznymi współpracownikami i uczestnictwo w międzynarodowych konferencjach.
E.K. Bardzo dziękuję za rozmowę i życzę powodzenia.
Strona internetowa Inkubatora Doskonałości Naukowej – Centrum Badawczego Naprawy DNA i Replikacji
Data publikacji: 29.01.2025 r.
Dodane przez: E.K.
