Projekti / Programi
Vloga citokromov P450 v biosintezi mikotoksinov in virulenci pri patogeni glivi Aspergillus fumigatus
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 3.01.00 |
Medicina |
Mikrobiologija in imunologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B230 |
Biomedicinske vede |
Mikrobiologija, bakteriologija, virologija, mikologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 3.01 |
Medicinske in zdravstvene vede |
Temeljna medicina |
Citokrom P450 monoksigenaze, Aspergillus fumigatus, virulenca, mikotoksini
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
21507 |
dr. Branka Korošec |
Sistemi in kibernetika |
Vodja |
2010 - 2013 |
61 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0104 |
Kemijski inštitut |
Ljubljana |
5051592000 |
21.023 |
Povzetek
Znanstvena izhodišča: Patogena nitasta askomicetna gliva Aspergillus fumigatus povzroča širok spekter resnih bolezni, kot so alergijske reakcije, mikotoksikoze in invazivna aspergiloza (IA). Kot kaže, je v patogenost vključenih več virulenčnih dejavnikov, ki delujejo aditivno oz. sinergistično proti gostiteljskemu organizmu. Med dejavnike, ki omogočajo virulenco, lahko štejemo obrambne mehanizme gliv in tiste, ki neposredno poškodujejo gostiteljski organizem. V virulenco glive A. fumigatus so vključeni številni sekundarni metaboliti (npr. konidijski melanini in mikotoksini). Zadnje raziskave kažejo, da en sam transkripcijski regulator, LaeA, pozitivno uravnava izražanje do 40% biosintetskih genov glavnih razredov sekundarnih metabolitov, ki so v genomu večinoma organizirani v zaporedne gruče. Petnajst od 23 genov, ki kodirajo P450 monoksigenaze, uravnanih z LaeA, najdemo v gručah genov, ki so udeleženi v biosintezo sekundarnih metabolitov. Ti zajemajo gruče, udeležene v produkcijo mikotoksinov, kot so fumitremorgeni, ergot alkaloidi (npr. fumigaklavini), ETP toksin (epipolitiodioksopiperazin) in gliotoksin.
Predstavitev problema: Citokromi P450, ki so posebno številni pri nitastih glivah, delujejo v endogenem metabolizmu in pretvorbi tujih snovi. Sterolna 14?-demetilaza (CYP51), udeležena pri biosintezi ergosterola, je celična tarča za azolna protiglivna zdravila, ki kljub številnim stranskim učinkom, predstavljajo glavno terapijo proti aspergilozam. Ker je CYP51 prisotna pri vseh evkariontih, je težko razviti selektivna zdravila. Glavno težavo pa predstavlja vse pogostejša odpornost glive A. fumigatus na azolna zdravila.
Cilj raziskave: Številni nedavno odkriti in sekvencirani geni citokromov P450, vključno s temi, prisotnimi v gručah sekundarnih metabolitov, so »sirote« (angl. orphan genes) v smislu, da njihovo uravnavanje in funkcija še nista znani. Namen predlaganega projekta je identificirati in funkcijsko opredeliti izbrane citokrome P450, produkte genov, uravnanih z LaeA, ki so verjetno vključeni v virulenco glive.
Metode: »Osirotele« citokrome P450 bomo izbrali na podlagi podatkov, dobljenih iz raziskav z mikromrežami in/ali iz bioinformatskih podatkov. Izbrane citokrome P450 bomo izrazili, očistili in testirali v P450 monoksigenaznih rekonstitucijskih sistemih z različnimi redoks partnerji (citokrom P450 reduktazami). Katalitično aktivnost izbranim encimom bomo določili s pomočjo dveh visoko zmogljivih (t.i. »medium-throughput«) metod. Z metodama bomo izmed spojin dostopnih v kemijskih knjižnicah določili potencialne substrate kot tudi inhibitorje osirotelim P450 monoksigenazam. Izbrani citokromi P450 predstavljajo izhodišče za nadaljnje molekulsko modeliranje njihovih struktur in načrtovanje komplementarnih majhnih molekul, specifičnih inhibitorjev njihove aktivnosti. Med inhibitorji določenega P450 iščemo spojine za izdelavo novih protiglivnih učinkovin.
Izvirnost, relevantnost in potencialni vpliv rezultatov: Ker je zadostno znanje o molekulah, vključenih v biosintetsko pot mikotoksinov, primarni pogoj za razvoj učinkovitih diagnostičnih in terapevtskih orodij, je določitev in funkcijska opredelitev domnevnih genov za citokrome P450 in njihovih produktov ključna. Zaradi vse večjega števila infekcij s patogenimi glivami in razvoja dovzetnosti za azolna zdravila, lahko citokromi P450 predstavljajo zanimive tarče za razvoj novih, bolj specifičnih in učinkovitih protiglivnih zdravil.
Organiziranost in izvedljivost projekta: Raziskave, ki so v skladu z interinstitucionalnim raziskovalnim programom P1-0104 »Funkcijska genomika in biotehnologija za zdravje«, bodo potekale na Kemijskem inštitutu v sodelovanju s Katedro za farmacevtsko kemijo FFA UL in Kliničnim oddelkom za pljučne bolezni in alergije, Bolnišnice Golnik, kjer imamo na voljo ustrezno znanje in izkušnje kakor tudi vso večjo opremo za uspešno izvedbo projekta.
Pomen za razvoj znanosti
Številni projekti določanja nukleotidnih zaporedij glivnih genomov so razkrili visoko število citokromov P450 monooksigenaz pri vrstah z nitasto obliko rasti. Velika večina citokromov P450, vključno s tistimi najdenimi v gručah genov, ki so udeleženi v biosintezo sekundarnih metabolitov, so t. i. sirote (angl. orphans) v tem smislu, da njihovo uravnavanje in funkcija še nista znani. Razmeroma počasen napredek določevanja funkcije specifičnim P450 zato predstavlja velik izziv za znanost. Glivni citokromi P450, pogosto vključeni v genske gruče za sekundarni metabolizem, so udeleženi v sintezi različnih naravnih spojin, številni med njimi predstavljajo mikotoksine, vključene v virulenco glive. Ker je zadostno znanje o molekulah, vključenih v patogenost gliv, osnovni pogoj za razvoj učinkovitih diagnostičnih in terapevtskih orodij, je določitev in funkcijska opredelitev domnevnih genov za citokrome P450 in njihovih produktov ključna. Z določitvijo funkcije dvema novima citokromoma, ki potencialno prispevata k virulenci glive A. fumigatus smo okrepili znanje o vključenosti citokromov v virulenco glive A. fumigatus. Izbrani in funkcijsko določeni citokromi P450 pa predstavljajo izhodišče za nadaljnje molekulsko modeliranje njihovih struktur s ciljem načrtovati komplementarne majhne molekule, ki bodo specifično inhibirale njihovo aktivnost. Med inhibitorji izbranih citokromov P450 pa lahko na podlagi pridobljenih spoznanj iščemo spojine za izdelavo novih protiglivnih učinkovin.
Pomen za razvoj Slovenije
Kljub trenutnim diagnostičnim in terapevtskim možnostim umrljivost zaradi invazivne aspergiloze, ki jo povzroča gliva Aspergillus. fumigatus, ostaja visoka. Glavno težavo predstavlja tudi vse pogostejša odpornost glive A. fumigatus na azolna zdravila. Zato je razvoj novih, hitrih in občutljivejših diagnostičnih metod in učinkovitejših protiglivnih zdravil, z novim mehanizmom delovanja, neobhodno potreben. Predvidevamo, da številni funkcijsko še neopredeljeni citokromi P450, vključeni v biosintezo sekundarnih metabolitov patogenih gliv, prispevajo k virulenci in tako predstavljajo zanimive tarče za razvoj novih, bolj specifičnih in učinkovitih protiglivnih zdravil. V naši raziskavi smo funkcijsko opredelili dva nova citokroma P450 in pokazali njuno potencialno vključenost v patogenost glive A. fumigatus. Z opredelitvijo vloge novim citokromom P450 smo izpostavili tiste citokrome, ki nimajo homologov pri višjih evkariontih in tako lahko predstavljajo potencialne protiglivne tarče, kar bo postavilo temelje za razvoj bolj selektivnih in učinkovitih inhibitorjev proti patogenim glivam, z manj škodljivimi stranskimi učinki. Naši rezultati tako predstavljajo napredek pri zoperstavljanju proti kužnim in toksine proizvajajočim glivam, tako na medicinskem kot na kmetijskem področju, saj glivne okužbe povzročajo tudi veliko izgubo pridelka in s tem veliko gospodarsko škodo.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2012,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
