Pracownia Biochemii Ewolucyjnej | Międzyuczelniany Wydział Biotechnologii UG i GUMed

Pracownia Biochemii Ewolucyjnej

piątek, 13 października 2017 roku, 12:08

PROFIL

Białka to złożone i dynamiczne makromolekuły, których właściwości ukształtowały się w procesie ewolucji. W każdej komórce wyspecjalizowana grupa białek zwanych opiekuńczymi (molecular chaperones) wpływa na strukturę i funkcję licznych białek uczestnicząc w ich prawidłowym fałdowaniu, transporcie przez błony komórkowe, modulując ich wzajemne oddziaływania oraz regulując czas ich życia.

Nasze badania koncentrują się na dwóch zagadnieniach: (1) poznaniu molekularnych mechanizmów funkcjonowania białek opiekuńczych w najważniejszych procesach komórkowych (2) oraz zrozumieniu ewolucyjnych mechanizmów, które doprowadziły do funkcjonalnego zróżnicowania i specjalizacji białek opiekuńczych.

Obecnie nasze badania koncentrują się na poznaniu molekularnych mechanizmów udziału białek opiekuńczych Hsp70 oraz współpracujących z nimi białek pomocniczych J (J-proteins) w procesie biogenezy centrów żelazo siarkowych (Fe-S) będących grupami prostetycznymi niezbędnymi dla funkcji licznych białek. Mitochondria zawierają skomplikowany system odpowiedzialny za biogenezę centrów Fe-S, w którym krytyczną rolę odgrywają współpracujące ze sobą białka opiekuńcze. Białka te oddziałują specyficznie z białkiem rusztowaniem, w obrębie którego centrum Fe-S jest syntetyzowane de novo, umożliwiając transfer Fe-S na białko docelowe. Naszym celem jest poznanie molekularnych mechanizmów odpowiedzialnych za przebieg i regulację tego słabo dotychczas poznanego procesu, którego zaburzenie prowadzi do śmierci lub ciężkiego upośledzenia, a u człowieka skutkuje schorzeniami kończącymi się najczęściej śmiercią.

Niezwykle dynamiczny rozwój badań genomowych umożliwił nam poszerzenie tematyki badawczej o zagadnienia związane z ewolucją rodziny białek opiekuńczych. Niedawno odkryliśmy, że badane przez nas mitochondrialne białka Ssq1/Jac1 (Hsp70/J-protein) mają za sobą skomplikowaną i dynamiczną historię ewolucyjną. To zdecydowało o rozpoczęciu badań nad ewolucyjnymi mechanizmami leżącymi u podstaw funkcjonalnego różnicowania i specjalizacji białek opiekuńczych. Dotychczas niewiele wiadomo o przebiegu tego procesu. Naszym celem jest próba odpowiedzi na fundamentalne pytania: (1) Jakie procesy ewolucyjne odpowiadają za powstanie nowych białek opiekuńczych? (2) Jak zmiany sekwencji aminokwasowej oraz struktury prowadzą do uzyskania nowych aktywności i funkcji? (3) Jak wzajemne oddziaływania pomiędzy białkami wpływają na przebieg i tempo ich ewolucji? (4) Czy powstawanie nowych białek opiekuńczych to proces kontrolowany przez dobór naturalny, czy też czasami rządzi nim przypadek?

ZESPÓŁ

Pracownia Biochemii Ewolucyjnej

Katedra Biologii Molekularnej i Komórkowej
Międzyuczelniany Wydział Biotechnologii UG i GUMed

ul. Abrahama 58, 80-307 Gdańsk

Tel.:+48 58 5236421


Lista pracowników i doktorantów:

Kierownik: Prof. dr hab. Jarosław Marszałek [link]
tel.: +48 58 523 6313

dr hab. Rafał Dutkiewicz (wewn. 6351) [e-mail]
dr Marta Uzarska (wew. 6351) [e-mail]

mgr Bogumiła Paterkiewicz (wewn. 6306) [e-mail]
mgr inż. Bartłomiej Tomiczak (wewn. 6326)

mgr Wojciech Delewski (wewn. 6326) [e-mail]
mgr Małgorzata Nowak (wew. 6326)
mgr Marcin Jeleń

PROJEKTY NAUKOWO-BADAWCZE

Tytuł projektu Kierownik projektu Źródło finansowania Kwota Realizowany w latach
Biochemiczna rekonstrukcja kluczowych etapów mitochondrialnej biogenezy centrów żelazo-siarkowych (FeS). Dutkiewicz Rafał Opus 10 1 083 200,00 zł 2016-2019
Molekularny mechanizm funkcjonalnego różnicowania mitochondrialnych systemów Hsp70 (nr 2012/06/A/NZ1/00002) Marszałek Jarosław NCN - MAESTRO 2 653 260,00 zł 2013-2018
Bio-molecular chemistry: an interdisciplinary approach to protein structure-function relationships (nr MPD/2010/5) Marszałek Jarosław Fundacja na rzecz Nauki Polskiej

3 230 000 zł

2010-2015
Specjalizacja i współpraca mitochondrialnych Hsp70 (nr N N301 419838) Marszałek Jarosław MNiSW - własny 360 000,00 zł 2010-2013
Molekularna organizacja mitochondrialnego systemu biogenezy centrów żelazo-siarkowych (Fe-S) (nr N N301 314137) Dutkiewicz Rafał MNiSW - własny 240 000,00 zł 2009-2012
Rola białka opiekuńczego Hsp40 (Mdj1) w utrzymywaniu genomu mitochondrialnego (nr N N301 314237) Marszałek Jarosław
Ciesielski Grzegorz
MNiSW - promotorski 60 000,00 zł 2009-2011
Mitochondrialne białka opiekuńcze rodziny Hsp70 funkcjonujące w biogenezie centrów żelazowo-siarkowych (Fe-S): funkcjonalne oddziaływania i ewolucja (nr 2 P04A 005 30) Marszałek Jarosław KBN - własny 360 000,00 zł 2006-2009
The role of molecular chaperones in maintenance and transmission of mitochondrial DNA [Rola białek opiekuńczych w utrzymaniu i przekazywaniu i transmisji mitochondrialnego DNA] (nr 072214) Marszałek Jarosław The Wellcome Trust 85 848,00 GBP 2003-2006
Rola białek opiekuńczych w mitochondrialnej biogenezie centrów Fe-S (nr 3 P04A 050 23) Marszałek Jarosław KBN - własny 300 000,00 zł 2002-2005
Mitochondrialne białka opiekuńcze rodziny Hsp70 Saccharomyces cerevisiae [Mitochondrial chaperone proteins of Hsp70 family of Saccharomyes cerevisiae] (nr 6 P04A 060 17) Marszałek Jarosław KBN - własny 280 000,00 zł 1999-2002
Rola białka opiekuńczego Mdj1p w replikacji mitochondrialnego DNA drożdży Saccharomyces cerevisiae [Role of Mdj1p chaperone protein in replication of mitochondrial DNA of yeast Saccharomyces cerevisiae] (nr 6 P04A 039 15) Marszałek Jarosław
Duchniewicz Marlena
KBN - promotorski 50 000,00 zł 1998-2001
Rola białek opiekuńczych w replikacji DNA (nr 6 P203 030 05) Marszałek Jarosław KBN - własny 60 000,00 zł 1993-1996

PUBLIKACJE

  1. Craig Elizabeth A., Marszałek Jarosław. How do J-Proteins get Hsp70 to do So many different things? Trends in Biochemical Sciences 2017, 42(5): 355-368 (doi: 10.1016/j.tibs.2017.02.007)

  2. Delewski Wojciech, Paterkiewicz Bogumiła, Manicki Mateusz, Schilke Brenda, Tomiczek Bartosz, Ciesielski Szymon J. , Nierzwicki Łukasz, Czub Jacek, Dutkiewicz Rafał, Craig Elizabeth A., Marszałek Jarosław. Iron-Sulfur cluster biogenesis chaperones: evidence for emergence of mutational robustness of a highly specific protein-protein interaction. Molecular Biology and Evolution 2016, 33(3): 643-656 (doi: 10.1093/molbev/msv254).

  3. Lilla Roland, Dutkiewicza Rafał, Freiberta Sven A., Heidenreicha Torsten, Mascarenhasa Judita, Netza Daili J., Paula Viktoria D., Pierika Antonio J., Richtera Nadine, Stümpfiga Martin, Srinivasana Vasundara, Stehlinga Oliver, Mühlenhoff Ulrich. The role of mitochondria and the CIA machinery in the maturation of cytosolic and nuclear iron-sulfur proteins. European Journal of Cell Biology 2015, 94(7-9): 280-291 (doi: 10.1016/j.ejcb.2015.05.002).

  4. Manicki Mateusz, Majewska Julia, Ciesielski Szymon, Schilke Brenda, Błenska Anna, Kominek Jacek, Marszałek Jarosław, Craig Elizabeth A., Dutkiewicz Rafał. Overlapping binding sites of the frataxin homologue assembly factor and the heat shock protein 70 transfer factor on the Isu iron-sulfur cluster scaffold protein. Journal of Biological Chemistry 2014, 289(44): 30268-30278 (doi: 10.1074/jbc.M114.596726).

  5. Ciesielski Grzegorz L., Płotka Magdalena, Manicki Mateusz, Schilke Brenda A., Dutkiewicz Rafał, Sahi Chandan, Marszałek Jarosław, Craig Elizabeth A. Nucleoid localization of Hsp40 Mdj1 is important for its function in maintenance of mitochondrial DNA. Biochimica et Biophysica Acta-Molecular Cell Research 2013, 1833(10): 2233-2243 (doi: 10.1016/j.bbamcr.2013.05.012).

  6. Kominek Jacek, Marszałek Jarosław, Neuvéglise Cecile, Craig Elizabeth A., Williams Barry L. The Complex Evolutionary Dynamics of Hsp70s: A Genomic and Functional Perspective. Genome Biology and Evolution 2013, 5(12): 2460-2477 (doi: 10.1093/gbe/evt192).

  7. Majewska Julia, Ciesielski Szymon J., Schilke Brenda, Kominek Jacek, Błeńska Anna, Delewski Wojciech, Song Ji-Yoon, Marszałek Jarosław, Craig Elizabeth A., Dutkiewicz Rafał. Binding of the chaperone jac1 protein and cysteine desulfurase nfs1 to the iron-sulfur cluster scaffold isu protein is mutually exclusive. Journal of Biological Chemistry 2013, 288(40): 29134-29142 (doi: 10.1074/jbc.M113.503524).

  8. Sahi Chandan, Kominek Jacek, Ziegelhoffer Thomas, Yu Hyun-Young, Baranowski Maciej, Marszałek Jarosław, Craig Elizabeth A. Sequential Duplications of an Ancient Member of the DnaJ-Family Expanded the Functional Chaperone Network in the Eukaryotic Cytosol. Molecular Biology and Evolution 2013, 30(5): 985-998 (doi: 10.1093/molbev/mst008).

  9. Uzarska Marta A., Dutkiewicz Rafał, Freibert Sven-Andreas, Lill Roland, Muehlenhoff Ulrich. The mitochondrial Hsp70 chaperone Ssq1 facilitates Fe/S cluster transfer from Isu1 to Grx5 by complex formation. Molecular Biology of the Cell 2013, 24(12): 1830-1841 (doi: 10.1091/mbc.E12-09-0644).

  10. Ciesielski Szymon J., Schilke Brenda A., Osipiuk Jerzy, Bigelow Lance, Mulligan Rory, Majewska Julia, Joachimiak Andrzej, Marszałek Jarosław, Craig Elizabeth A., Dutkiewicz Rafał. Interaction of J-Protein Co-Chaperone Jac1 with Fe-S Scaffold Isu Is Indispensable In Vivo and Conserved in Evolution. Journal of Molecular Biology 2012, 417(1-2): 1-12 (doi: 10.1016/j.jmb.2012.01.022).

  11. Song J.-Y., Marszałek J., Craig E. Cysteine desulfurase Nfs1 and Pim1 protease control levels of Isu, the Fe-S cluster biogenesis scaffold. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 2012, 109(26): 10370-10375 (doi: 10.1073/pnas.1206945109).

  12. Craig E.A., Marszałek J. Hsp70 Chaperones. W: Encyclopedia of Life Sciences (ELS). John Wiley & Sons, Ltd: Chichester 2011, publication online 15.03.2011: 1-8.

  13. Hayashi M., Schilke B., Marszałek J., Williams B., Craig E. A. Ancient gene duplication provided a key molecular step for anaerobic growth of baker's yeast. Molecular Biology and Evolution 2011, 28(7): 2005-2017 (doi: 10.1093/molbev/msr019).

  14. Nidzworski Dawid, Kuźbicki Marek, Kowalczyk Izabela, Matusiak Krzysztof, Przybyłowski Michał, Kipiel Kamil, Muzalewska Magdalena, Ciesielski Szymon. Bio Bussines School. Przewodnik po komercjalizacji wyników w branży Life Science. Żary 2010 (ISBN 978-83-61315-05-6) 1-54.

  15. Pukszta Sebastian, Schilke Brenda, Dutkiewicz Rafał, Kominek Jacek, Moczulska Kaja, Stępień Barbara, Reitenga Krista G., Bujnicki Janusz M., Williams Barry, Craig Elizabeth A., Marszałek Jarosław. Co-evolution-driven switch of J-protein specificity towards an Hsp70 partner. EMBO Reports 2010, 11(5): 360-365 (doi: 10.1038/embor.2010.29).

NAGRODY I WYRÓŻNIENIA

Prof. dr hab. Jarosław Marszałek jest laureatem (2014) programu MISTRZ organizowanego przez Fundację na Rzecz Nauki Polskiej. Pracownicy zatrudnieni w Pracowni otrzymali nagrodę zespołową Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego za osiągnięcia naukowe w roku 2007. Prof. dr hab. Jarosław Marszałek jest promotorem 10 rozpraw doktorskich, których autorami są: Wojciech Świątek (2001), Aleksandra Germaniuk (2002) – w roku 2003 laureatka programu START FNP, Rafał Dutkiewicz (2005) – w roku 2005 laureat programu START FNP, Helena Knieszner (2006), Małgorzata Macierzanka (2007), Magdalena Płotka (2007), Sebastian Pukszta (2009), Grzegorz Ciesielski (2011), Szymon Ciesielski (2012) i Jacek Kominek (2014).

WSPÓŁPRACA NAUKOWA

Badania prowadzone są w ścisłej współpracy z zespołem naukowym Prof. Elizabeth Craig z Department of Biochemistry, University of Wisconsin-Madison, Madison, USA. Współpracujemy również z  grupą Prof. Roland Lill z Institut für Zytobiologie und Zytopathologie, Philipps-Universität Marburg w Niemczech. Prace badawcze finansowane są przez MNiSW, The Wellcome Trust. Fundacje na rzecz Nauki Polskiej, Narodowe Centrum Nauki.