Zakład Cytologii Klinicznej

Działalność dydaktyczna

Kursy specjalizacyjne i doskonalące dla lekarzy specjalizujących się zarówno w podstawowych, jak i w szczegółowych dziedzinach medycyny, obejmujące swą tematyką molekularne oraz komórkowe mechanizmy rozwoju chorób, a także metody ich diagnostyki molekularnej i komórkowej.

Działalność naukowa

W Zakładzie Cytologii Klinicznej CMKP prowadzimy badania z zakresu neurobiologii w ostatnich latach koncentrujące się głównie na poszukiwaniu molekularnych mechanizmów rozwoju padaczki.

Padaczka jest często występującą u ludzi chorobą neurologiczną. Charakteryzuje się nawracającymi, spontanicznymi napadami, które wynikają z nadmiernej lub nieprawidłowo zsynchronizowanej aktywności neuronalnej jednej lub wielu struktur mózgu (najczęściej hipokampa i kory mózgu). Mechanizmy powstawania napadów padaczki są złożone i bardzo mało poznane. Dodatkowo, leki obecnie dostępne w terapii przeciwpadaczkowej umożliwiają jedynie leczenie objawów tej choroby, ale nie przyczyn jej powstawania.
W konsekwencji medycyna nie jest w stanie zapobiec rozwojowi padaczki u pacjentów tym rozwojem zagrożonych, mogąc jedynie (i to niezbyt skutecznie) leczyć osoby z już wykształconym ogniskiem padaczkowym.

Epileptogeneza to dynamiczny i wieloczynnikowy proces powstawania padaczki, rozpoczynający się w momencie wystąpienia bodźca uszkadzającego mózg na poziomie molekularnym i strukturalnym. Skutkuje pojawieniem się samoistnie nawracających napadów padaczkowych, którym mogą towarzyszyć drgawki. Zrozumienie mechanizmów epileptogenezy jest kluczowe w perspektywie rozwoju metod farmakologicznego leczenia padaczki.

Metaloproteinaza macierzy zewnątrzkomórkowej 9 (MMP-9) bierze udział w regulacji fizjologicznej aktywności neuronalnej i plastyczności synaptycznej, ale jest również zdolna do wywoływania licznych zmian patologicznych w mózgu. Podczas procesu epileptogenezy MMP-9 jest zaangażowana w powstawanie zjawiska patologicznej plastyczności synaptycznej oraz wytwarzania w mózgu sieci neuronalnych o nieprawidłowej architekturze, które stanowiąc kluczowy element strukturalny ogniska padaczkowego. Pomimo tak istotnej funkcji patofizjologicznej regulacja ekspresji genów, w tym MMP-9, podczas nadmiernej aktywacji neuronalnej, a zwłaszcza w trakcie epileptogenezy jest bardzo mało poznana.

Wyniki naszych ostatnich odkryć finansowane z grantu Narodowego Centrum Nauki nr 2012/05/B/NZ3/01943 ujawniają mechanizmy kontrolujące ekspresję MMP-9 na poziomie stabilności jego mRNA podczas nadmiernej aktywacji neuronalnej i w trakcie rozwoju padaczki w hipokampie. Nasze odkrycia pokazują, że podczas nadmiernej aktywacji neuronalnej i w trakcie rozwoju ogniska padaczkowego w mózgu dochodzi do bardzo znacznego wzrostu stabilności cząstek mRNA dla MMP-9. Proces ten zależy od wiązania się do tego mRNA białek go stabilizujących. Ujawnienie wpływu stabilizacji mRNA na regulację ekspresji MMP-9 jest nowym dotychczas nieopisywanym w komórkach nerwowych mechanizmem kontroli ekspresji tego ważnego dla funkcjonowania mózgu białka. Nasze wyniki przyczyniają się do wyjaśnienia zależnych od MMP-9 molekularnych mechanizmów powstawania padaczki oraz stwarzają podstawy do rozwoju nowych przeciwpadaczkowych podejść terapeutycznych.

Od 2018 roku Zakład Cytologii Klinicznej realizuje grant Preludium13 finansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki  o nr. 2017/25/N/NZ3/02266, pt. „Identyfikacja mechanizmu molekularnego odpowiedzialnego za występowanie zależnej od polimorfizmu -1562C/T promotora genu Metaloproteinazy Macierzy Zewnątrzkomórkowej-9 (MMP-9) zróżnicowanej ekspresji MMP-9 w neuronach człowieka”.

Polimorfizm genetyczny to występowanie dwóch lub więcej odmiennych genotypów bądź wariantów allelicznych w populacji. Jednym z najczęściej występujących polimorfizmów jest polimorfizm pojedynczego nukleotydu (ang. Single Nucleotide Polymorphism – SNP). Szacowana liczba SNP w genomie człowieka wynosi ok. 10 milionów, ale jedynie mała ich część jest funkcjonalnie istotna. Funkcjonalne SNP znajdują się głównie w regionie promotorów genów i dlatego wpływają na ich ekspresję.

Celem projektu jest odkrycie podłoża molekularnego zmian w regulacji transkrypcyjnej wywoływanych przez polimorfizm pojedynczego nukleotydu (ang. single nucleotide polymorphism – SNP) zlokalizowany w miejscu -1562pz promotora genu MMP-9 (metaloproteinazy macierzy zewnątrzkomórkowej 9) polegający na substytucji C na T. Hipoteza badawcza zakłada, że w przypadku obecności allelu C do promotora genu MMP-9 wiąże się jądrowe białko represyjne powodując zmniejszenie jego aktywności transkrypcyjnej, natomiast białko to nie wiąże się do promotora MMP-9 w przypadku obecności allelu T, co prowadzi do jego większej aktywności transkrypcyjnej. Może też istnieć alternatywny mechanizm, w którym do promotora MMP-9 w przypadku obecności allelu T może wiązać się aktywator transkrypcji, który nie ulega związaniu do allelu C.

Od 2018 roku Zakład Cytologii Klinicznej realizuje grant Preludium13 finansowany ze środków Narodowego Centrum Nauki o nr. 2017/25/N/NZ3/02266, pt. „Identyfikacja mechanizmu molekularnego odpowiedzialnego za występowanie zależnej od polimorfizmu -1562C/T promotora genu Metaloproteinazy Macierzy Zewnątrzkomórkowej-9 (MMP-9) zróżnicowanej ekspresji MMP-9 w neuronach człowieka”.

Polimorfizm genetyczny to występowanie dwóch lub więcej odmiennych genotypów bądź wariantów allelicznych w populacji. Jednym z najczęściej występujących polimorfizmów jest polimorfizm pojedynczego nukleotydu (ang. Single Nucleotide Polymorphism – SNP). Szacowana liczba SNP w genomie człowieka wynosi ok. 10 milionów, ale jedynie mała ich część jest funkcjonalnie istotna. Funkcjonalne SNP znajdują się głównie w regionie promotorów genów i dlatego wpływają na ich ekspresję.

Celem projektu jest odkrycie podłoża molekularnego zmian w regulacji transkrypcyjnej wywoływanych przez polimorfizm pojedynczego nukleotydu (ang. single nucleotide polymorphism – SNP) zlokalizowany w miejscu -1562pz promotora genu MMP-9 (metaloproteinazy macierzy zewnątrzkomórkowej 9) polegający na substytucji C na T. Hipoteza badawcza zakłada, że w przypadku obecności allelu C do promotora genu MMP-9 wiąże się jądrowe białko represyjne powodując zmniejszenie jego aktywności transkrypcyjnej, natomiast białko to nie wiąże się do promotora MMP-9 w przypadku obecności allelu T, co prowadzi do jego większej aktywności transkrypcyjnej. Może też istnieć alternatywny mechanizm, w którym do promotora MMP-9 w przypadku obecności allelu T może wiązać się aktywator transkrypcji, który nie ulega związaniu do allelu C.

Polimorfizm MMP-9-1562C/T wywiera wpływ na poziom ekspresji mRNA dla MMP-9, a w konsekwencji na przebieg wielu chorób ludzi związanych z nieprawidłową ekspresją tej proteazy, zarówno neurologicznych (np. udar mózgu, choroba Alzheimera, choroba Parkinsona, stwardnienie rozsiane), jak i nieneurologicznych (np. choroby sercowo-naczyniowe). Do tej pory nie został opisany mechanizm molekularny tego zjawiska. Wiedza na temat zależnej od polimorfizmu MMP-9-1562C/T regulacji transkrypcyjnej może pomóc zrozumieć występowanie u pacjentów zróżnicowanego przebiegu chorób związanych z nieprawidłową ekspresją MMP-9 oraz pomóc w opracowaniu ukierunkowanych terapii i metod diagnostycznych.

Sukcesy i otrzymane wyróżnienia

Publikacje:

Zybura-Broda K., Amborska R., Ambrozek-Latecka M., Wilemska J., Bogusz A., Bucko J., Konopka A., Grajkowska W., Roszkowski M., Marchel A., Rysz A., Koperski L., Wilczynski GM., Kaczmarek L., Rylski M. Epigenetics of Epileptogenesis-Evoked Upregulation of Matrix Metalloproteinase-9 in Hippocampus. PLOS ONE 2016; 11(8):e0159745.

Hall MH, Magalska A, Malinowska M, Ruszczycki B, Czaban I, Patel S, Ambrożek-Latecka M, Zołocińska E, Broszkiewicz H, Parobczak K, Nair RR, Rylski M, Pawlak R, Bramham CR, Wilczyński GM. Localization and regulation of PML bodies in the adult mouse brain. Brain Struct Funct. 2016 Jun;221(5):2511-25. doi: 10.1007/s00429-015-1053-4.

Doniesienia zjazdowe

MMP-9 upregulation during epileptogenesis is associated with increased stability of its mRNA in the rat hippocampus. Wolder-Gontarek M., Zybura-Broda K., Bogusz A., Rylski M. Neuronus 2014 IBRO&IRUN Neuroscience forum Cracow.

Small non-coding RNA regulates directly expression of synaptic plasticity related protease MMP-9 in activated hippocampal neurons. Leszczynski P., Zybura-Broda K., Wilemska J., Rylski M. Neuronus 2014 IBRO&IRUN Neuroscience forum Cracow.

mRNA stability-dependent regulation of Matrix Metalloproteinase-9 (MMP-9) expression after neuronal activation in the rat hippocampus. Zybura_Broda K., Wilemska J., Rylski M. FENS 2014 Milano.

DNA methylation regulates expression of pro-epileptic protease MMP-9 during epileptogenesis. Zybura_Broda K., Amborska R., Bucko J.,Kaczmarek L., Rylski M. FENS 2013 Prague.

HuR stabilizes mRNA for Mmp-9 contributing to its epileptogenesis-related  upregulation in the hippocampus. Żybura-Broda K., Wolder-Gontarek M., Bogusz A., Ambrożek-Latecka M., Choroś A., Wilemska J., Rylski M. 13th International Congress PNS 2017, Warsaw