III.1 Vloga intrinzično neurejenih regij proteinov
Intrinzično neurejeni proteini in regije (IDP/IDR) nimajo stabilne sekundarne ali terciarne strukture, temveč obstajajo kot dinamični ansambli konformacij, ki lahko prehajajo iz neurejenega v bolj urejeno stanje, odvisno od strukturnih ali okoljskih pogojev. Ti proteini sodelujejo v številnih ključnih celičnih procesih: signalizaciji, prevajanju, nadzoru celičnega cikla in tvorjenju ogrodja, njihova disregulacija pa je povezana z boleznimi, kot sta rak in amiloidoza. Omeniti velja, da je ~20% evkariontskih proteinov IDP, medtem ko jih do ~40% vsebuje IDR.
Eden izmed takih proteinov, ki ga proučujemo in vsebuje IDR, je proNGF, predhodnik živčnega rastnega faktorja (NGF) in regulator nevronske apoptoze. Neravnovesje v razmerju razmerju proNGF:NGF je povezano z motnjami učenja in spomina. Naši rezultati kažejo, da pro-domena proNGF, ki je IDR, deluje kot alosterični modulator vezave ATP. Vezava ATP inducira kompaktnejšo konformacijo in stabilizacijo proNGF, s čimer uravnava interakcije z receptorji in proteolitično obdelavo (1). Ker se zunajcelični ATP v patoloških stanjih pogosto zviša, koncentracija prostega Mg²⁺ pa zniža, lahko ta pro-domena deluje kot senzor celičnega stresa, ki spreminja homeostazo razmerja proNGF:NGF in s tem signalizacijske poti.
Raziskujemo tudi strukturo in dinamiko atipičnega egerolizina z nenavadno podaljšano N-terminalno regijo. Naše raziskave se osredotočajo na eksperimentalno odkrivanje in opredelitev funkcionalno pomembne a-vijačnice v tej regiji, ki jo napovedujejo bioinformatske analize. Te kažejo, da so se aktinoporini morda razvili iz egerolizinov, saj imajo aktinoporini N-terminalno a-vijačnico, vključeno v tvorbo por v membranah, ki vsebujejo sfingomielin. Naše NMR študije egerolizina v raztopini pa so pokazale, da je ta regija intrinzično neurejena (IDR). Zato nadaljujemo s študijami možnosti prehodne tvorbe a-vijačnice, saj so lahko redko zasedena stanja proteinov funkcionalno pomembna, porazdelitev populacij pa se lahko v celičnem okolju premakne v smer urejenega stanja.
- PAOLETTI, F., COVACEUSZACH, S., CASSETTA, A., CALABRESE, A. N., NOVAK, U., KONAREV, P., GRDADOLNIK, J., LAMBA, D., GOLIČ GRDADOLNIK, S. Distinct conformational changes occur within the intrinsically unstructured pro-domain of pro-Nerve Growth Factor in the presence of ATP and Mg2+. Protein Science. 2023, vol. 32, iss. 2, [article no.] e4563, 14, DOI:10.1002/pro.4563.
III.2 Kontrola proteinskih interakcij preko posredovanja kondenzatov
Biološke celice uporabljajo segmentacijo za natančen nadzor gosto pakiranega znotrajceličnega prostora in številnih reakcij v njem. Modelni primeri celičnih razdelkov so membransko vezani organeli, ki opravljajo specifične funkcije. Nedavne študije pa so pokazale, da se z ločevanjem dveh tekočih faz (LLPS), ki se ob ustreznem dražljaju pojavita znotraj celice, lahko reverzibilno tvorijo brezmembranski organeli (znani tudi kot biomolekularni kondenzati), s čimer nastane organel »na zahtevo«.
Za dešifriranje ključnih gonilnih sil LLPS in za razumevanje medsebojnega delovanja prostorsko-časovnih skal, ki določajo fizikalne lastnosti in mehanizem nastajanja biomolekularnih kondenzatov, uporabljamo simulacije molekularne dinamike na različnih ravneh ločljivosti.
III.3 Z boleznimi povezane biokemijske spremembe v tkivih
Biomedicinske študije, ki združujejo nekonvencionalne metode, modele in tehnologije, pridobivajo vse večjo pozornost pri obravnavi človekovega zdravja in bolezni. V zadnjih dveh desetletjih so se alternativni pristopi izkazali za uporabne v osnovnih in kliničnih študijah raka, nevrodegenerativnih bolezni itd. Pri tem pa je ključnega pomena, da so ustrezno obravnavani potencial, prednosti, slabosti in omejitve njihove uporabe za te namene.
V tej smeri raziskujemo učinkovitost vibracijske spektroskopije pri odkrivanju sprememb v biomolekularni sestavi človeških tkiv zaradi sladkorne bolezni kot alternativen pristop histokemičnim analizam, ki veljajo za zlati standard v preiskovanju tkiv.
Naše raziskave so že pokazale, da metodologija, ki temelji na infrardeči spektroskopiji, omogoča učinkovito identifikacijo in objektivno kvantifikacijo različnih makromolekul iz enega samega analiziranega vzorca tkiva v enem samem eksperimentu (1)(2). S pomočjo kemometrije in orodij strojnega učenja iz spektroskopskih podatkov razkrivamo podrobnosti sestave in poskušamo pridobiti globlji vpogled v biomolekularno osnovo bolezni.
- ZUPANČIČ, B., UMEK, N., UGWOKE, C. K., CVETKO, E., HORVAT, S., GRDADOLNIK, J. Application of FTIR spectroscopy to detect changes in skeletal muscle composition due to obesity with insulin resistance and STZ-induced diabetes. International journal of molecular sciences. 2022, vol. 23, iss. 20, DOI: 10.3390/ijms232012498
- ZUPANČIČ, B., UGWOKE, C. K., ABDELMONAEM, M. E. A., ALIBEGOVIĆ, A., CVETKO, E., GRDADOLNIK, J., ŠERBEC, A., UMEK, N. Exploration of macromolecular phenotype of human skeletal muscle in diabetes using infrared spectroscopy. Frontiers in endocrinology. 2023, vol. 14, DOI: 10.3389/fendo.2023.1308373
