Nalaganje ...
Projekti / Programi vir: ARIS

Strukturna biologija

Obdobja
Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
1.05.00  Naravoslovje  Biokemija in molekularna biologija   
1.09.00  Naravoslovje  Farmacija   

Koda Veda Področje
P250  Naravoslovno-matematične vede  Kondenzirane snovi: struktura, termične in mehanske lastnosti, kristalografija, fazno ravnovesje 
P310  Naravoslovno-matematične vede  Beljakovine, encimologija 
P370  Naravoslovno-matematične vede  Makromolekularna kemija 
B110  Biomedicinske vede  Bioinformatika, medicinska informatika, biomatematika, biometrija 
B120  Biomedicinske vede  Molekularna biofizika 
B500  Biomedicinske vede  Imunologija, serologija, transplantacija 
T360  Tehnološke vede  Biokemijska tehnologija 
T410  Tehnološke vede  Farmacevtska in sorodne tehnologije 
T490  Tehnološke vede  Biotehnologija 
Ključne besede
Strukturna biologija, rentgenska kristalografija, atomarne strukture makromolekul, encimi, proteaze, regulacija aktivnosti, proencimi, inhibitorji, načrtovanje inhibitorjev in zdravilnih učinkovin
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (11)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  15970  Andreja Doberšek  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2001 - 2003  25 
2.  18284  dr. Katja Galeša  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2003  39 
3.  15639  dr. Gregor Gunčar  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2001 - 2003  266 
4.  20212  dr. Saša Jenko Kokalj  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2001 - 2003  65 
5.  22320  dr. Marko Mihelič  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2002 - 2003  79 
6.  12443  dr. Irena Mlinarič Raščan  Farmacija  Raziskovalec  2001 - 2002  540 
7.  12048  dr. Marjetka Podobnik  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2001 - 2003  329 
8.  15813  dr. Boris Rogelj  Nevrobiologija  Raziskovalec  2002 - 2003  412 
9.  19171  dr. Igor Kristian Štern  Biotehnologija  Raziskovalec  2001 - 2003  31 
10.  04988  dr. Dušan Turk  Biokemija in molekularna biologija  Vodja  2001 - 2003  628 
11.  15588  Nastja Zakrajšek    Raziskovalec  2001 - 2003 
Organizacije (1)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  0106  Institut "Jožef Stefan"  Ljubljana  5051606000  91.921 
Povzetek
Difrakcija rentgenskih žarkov na monokristalih makromolekul je metoda, ki daje zaenkrat najnatanČnejši vpogled v zgradbo makromolekul na atomarnem nivoju. Tako določena 3-dimezionalna struktura makromolekul in njihovih kompleksov je ključ za razumevanje mehanizmov njihovega delovanja in specifičnosti njihovih interakcij.Aktivnost proteoliznih encimov mora biti natančno uravnavana. Nekontrolirana proteoliza (zmanjšanje ali povečanje proteolizne aktivnosti) vodi do motenj v presnovi organizma, ki lahko vodijo do bolezenskih stanj in smrti.Razumevanje regulacije aktivnosti proteoliznih encimov z njihovimi proteinskimi in sintetičnimi inhibitorji ter procesom aktivacije proencimov je temeljnega pomena za študij njihove fiziološke funkcije v normalnih in bolezenksih stanjih. Nadaljevalo se bo delo na kristalizaciji in določevanju struktur pretežno lizosomalnih cisteinskih proteaz v kompleksu s proteinskimi in malimi inhibitorji naravnega in sintetičnega izvora ter njihovih proencimov: 1.) Pri tem gre za strukturne karakterizacije katepsinov C, S, X in še nekaterih naravnih encimov in njihovih mutant samih in v kompleksih s proteinskimi inhibitorji kot so stefini, cistatini in inhibitorji tipa prve tiroglobulinske domene. Struktura tiroglobilinskih inhibitorjev je še nepoznana. Posebno zanimiva je zaradi sposobnosti teh inhibitorjev, ki v nasprotju od nespecifičnih stefinov in cistatinov selektivno inhibirajo le posamezno cisteinsko proteazo oziroma njihovo skupino. Fragment P41 oblike invariantne verige selektivno inhibira katepsin L v prisotnosti katepsina S in tako vpliva na zorenje "MHC class II" molekul in procesiranje antigenih peptidov. 2. Določevanje strukture kompleksov katepsina B in L z malimi sintetskimi inhibitorji je osnova za načrtovanje sinteze novih, bolj specifičnih nizkomolekularnih inhibitorjev, potencialnih sestavin novih zdravil raka in osteoporoze. 3. Proces aktivacije katepsinov C in H je sestavljen iz vsaj 3 cepitev verige proencima. Struktura katepsina H kaže, da je tudi struktura proencima drugačna od strukture prokatepsinov B in L. Podobno naj bi se razlikovala tudi mehanizma njune aktivacije. Vsaj ena cepitev proencima v procesu zorenja katepsina H naj bi bila unimolekularen dogodek.
Pomen za razvoj znanosti
1. Kristalografske strukturne študije so del raziskav, ki omogočajo v sklopu z drugimi metodami biokemije, molekularne biologije, celične biologije in fiziologije spoznavati mehanizem delovanja proučevanih molekul, njihovo specifičnost in fiziološko vlogo. Ker posebno nove strukture omogočajo interpretacijo vrste obstoječih rezultatov in zastavljanje novih raziskav sodijo tovrstni članki med najbolj opažene (citirane). To seveda velja tudi za področje proučevanih proteinov.2. Določevanje novih struktur, kot je na primer struktura p41 fragmenta invariantne verige, poglablja razumevanje delovanja imunskega sistema in pogojuje, kot prvi model te vrste molekule, razumevanje mehanizmov delovanja in specifičnosti podobnih molekul. To znanje je možno uporabiti pri načrtovanju specifičnih inhibitorjev prebavnih proteaz poljskih škodljivcev, ki bi jih lahko vgradili v genetsko manipulirane rastline in s tem nadomestili uporabo pesticidov.3. Določevanje struktur kompleksov proteoliznih encimov s sintetičnimi inhibitorji ima v prvi vrsti namen podpreti razvoj specifičnih inhibitirjev, ki so tudi in vivo sposobni specifično inhibirati zaželjeni encim. S selektivno regulacijo aktivnosti posameznega encima je tako mogoče študirati njegovo vlogo pri normalnih in bolezenskih stanjih. V našem primeru gre konkretno za vlogo proteaz pri rakastih obolenjih, osteoporozi, autoimunih obolenjih itd.. V primeru pozitivnih rezultatov taka substanca lahko postane zdravilna učinkovina in izdelek farmacevtske industrije.
Pomen za razvoj Slovenije
1. Skupina za strukturno biologijo je edina skupina, ki je usposobljena in sposobna z metodo difrakcije rentgenskih žarkov na monokristalih določevati strukture makromolekul v Sloveniji. V okviru delujoče skupine se usposabljajo tudi mladi raziskovalci. Ker je določevanje struktur iz kristalov kompleksen proces mora skupina preseči kritično maso raziskovalcev (okrog 10 - med njimi veeina doktorantov), ki omogoča optimalno vzdrževanje (amortizacija) in koriščenje aparatur in znanja. 2. Poznavanje 3-dimenzionalne strukture proteina v atomarne detalje pogojuje uspešno delo sodelujočih skupin, ki se sicer ukvarjajo z biokemijo, molekularno biologijo in celično biologijo. Poznavanje 3-dimenzionalne strukture namreč omogoča prepoznati in pozneje dokazati vlogo in pomen posameznih skupin atomov pri delovanju molekul in specifičnosti vezave med njimi. Zaenkrat tovrstna sodelovanja predvsem plemenitijo delo znotraj Odseka, pričakujemo pa tudi sodelovanja z drugimi raziskovalnimi skupinami.3. Določevanje 3-dimenzionalne strukture kompleksov encimov z malimi inhibitorji omogoča sodelovanje pri razvoju substanc, ki potencialno lahko preidejo v uporabo kot zdravilne učinkovine pri zdravljenju bolezni kot so rak, osteoporoza, artritis in še mnogo druge, ki so povezane s kontrolo encimatske aktivnosti lizosomalnih cisteinskih proteaz. Morebitni uspeh bi omogočil zbrati sredstva, ki bi dovoljevala samostojen razvoj novih zdravilnih učinkovin in njihovo plasiranje na svetovnem trgu, česar firmi Tovarna zdravil Krka in Lek zaenkrat samostojno še ne moreta izpeljati. 4. Poznavanje strukture equistatina in morebiti še katerih drugih proteinskih inhibitorjev omogoča njihovo preobrazbo v potencialne inhibitorje rastlinskih škodljivcev, ki bi lahko vgrajeni v rastlini zmanjšali obremenitve okolja s pesticidi. V Sloveniji zaenkrat ni firme, ki bi to lahko sama izpeljala, morebitni uspeh s tujimi partnerji, pa bi lahko omogočil njen nastanek.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Zaključno poročilo
Zgodovina ogledov
Priljubljeno