Molekulski mehanizmi uravnavanja celičnih procesov v povezavi z nekaterimi boleznimi pri človeku

Mehanizmi, ki vodijo do aktivacije s stresom povezanih poti, so skupni odgovoru na stres in boleznim, povezanim s staranjem. Z namenom, da bi bolje razumeli uravnavaje celičnih procesov v zdravju in bolezni, naš raziskovalni program združuje temeljne in translacijske pristope za raziskave nevrodegenerativnih bolezni, hormonsko odvisnih bolezni in raka. Da bi izboljšati razumevanje molekularnih mehanizmov bolezni in omogočili identifikacijo novih možnih tarč zdravljenja ali novih bioloških označevalcev, se bodo temeljne raziskave osredotočale na preučevanje izoliranih encimov, modelnih organizmov, celičnih linij in človeških tkiv. Razvili bomo metode za določanje encimske aktivnosti BChE, PON1 in MPO, ter preučili povezave med fenotipom, genotipom in kliničnimi značilnostmi bolnikov z blago kognitivno motnjo (MCI) in Alzheimerjevo bolezijo (AD) oziroma s Parkinsonovo boleznijo (PD). V drugem delu bomo raziskovali zunajcelične vezikle –eksosome, kot endogene dostavne sisteme in potencialne označevalce bolezni. Glive bomo uporabili kot modelni sistem za preučevanje stresnega odgovora in celične komunikacije z eksosomi kot potencialnimi modulatorji patogenosti, ki bi lahko prispevali tudi k razvoju AD. Patofiziološki procesi pri nevrodegenerativnih boleznih se lahko odražajo tudi v spremenjeni koncentraciji in molekularni sestavi eksosomov v likvorju ali plazmi. Da bi preverili, ali ti eksosomi prenašajo tudi potencialne biomarkerje, bomo za njihovo izolacijo iz vzorcev bolnikov z MCI in AD in analizo proteinov in miRNA uporabili nedavno razvite pristope. V translacijskem delu bomo raziskali nove potencialne tarče in označevalce odgovora na zdravljenje, da bi omogočili zgodnjo diagnostiko, učinkovitejše zdravljenje in personalizirano medicino. Na področju nevrodegenerativnih bolezni želimo poiskati nove genetske in serumske označevalce prehoda MCI v AD in razviti modele za zgodnje odkrivanje bolnikov z visokim tveganjem za razvoj AD. Poiskali bomo tudi označevalce razvoja neželjenih učinkov dopaminergičnega zdravljenja pri PD. Prav tako smo s ciljem opredeliti biomarkerjev od neželenih učinkov zdravljenja dopaminergične v PD in razvili modele in algoritme za personalizirano zdravljenje. Pri hormonsko odvisnih bolezni bomo raziskali tvorbo aktivnih estrogenov iz steroidnih prekurzorjev in metabolite progesterona v celičnih linijah, ter vzorcih tkiv in krvi bolnic z rakom endometrija in z endometriozo, da bi identificirali potencilane nove tarče zdravljenja in biomarkerje za zgodnjo diagnostiko. Med drugimi raki se bomo osredotočili na gentske in serumske označevalce pri malignem mezoteliomu (MM) in pljučnem raku, da bi razvili boljše klinično-farmakogenetske modele odgovora na zdravljenje MM in algoritme za stratifikacijo bolnikov v najbolj učinkovit način zdravljenja ter identificirali možne označevalce odgovora na zdravljenje z imunoterapijo pri pljučnem raku.

Vedno več je znanstvenih dokazov, da so števila stanja in bolezni, vključno z boleznimi, ki so povezane s staranjem, vzročno povezane s kopičenjem molekularnih poškodb zaradi izpostavljenosti endogenimi ali okoljskim stresorjem in posledično aktivacijo stresnih in vnetnih poti, kar pa nato privede do aktivacije za posamezne bolezni značilnih patogenetskih procesov in kliničnih znakov bolezni. Naše raziskave na tem področju so še posebej aktualne, ker novejša poročila kažejo, da so v nastanek in potek nevrodegenerativnih bolezni, sladkorne bolezni tipa 2 in pridruženih zapletov ter določenih vrst raka vpleteni nekateri skupni dejavniki tveganja, molekularni mehanizmi in signalne poti. Z našimi raziskavami želimo doprinesti k boljšemu razumevanju molekularnih mehanizmov, ki uravnavajo celične procese na področju zdravja in bolezni. Zato naš raziskovalni program združuje temeljne raziskave na izoliranih encimih, modelnih organizmih, celičnih linijah in človeških tkivih in jih nadgrajuje s translacijskimi raziskavami in kliničnimi študijami, s posebnim poudarkom na nevrodegenerativnih boleznih, hormonsko odvisnih bolezni in raku. S tem program nadaljuje raziskave na nekaterih področjih, kjer so naši rezultati že imeli veliko znanstveno odmevnost, in jih nadgrajuje z uporabo sodobnih metodologij in pristopov za reševanje aktualnih znanstvenih vprašanj. Z raziskavami na področju genomike, transkriptomike, proteomike, metabolomike in farmakogenomike bomo še nadalje na več ravneh prispevali k boljšemu razumevanju mehanizmov, vpletenih v molekularne in celične procese v zdravju in bolezni. Temeljne raziskave bodo omogočile razvoj novih teoretičnih pristopov in raziskovalnih metodologij, ki bodo doprinesle k novim znanstvenim odkritjem na področju poznavanja mehanizmov encimskih reakcij, signalnih poti in molekularnih mehanizmov odgovora na stres in razvoja bolezni. Že dosedaj smo z razvojem novih rešitev za analize kompleksnih kinetičnih podatkov encimskih reakcij pripomogli tudi k identifikaciji novih inhibitorjev človeške BChE, ki so potencialne učinkovine za zdravljenje Alzheimerjeve bolezni. Vpeljani pristopi in metodologije so zelo zanimivi tudi za druge raziskovalne skupine, kar kažejo odlična sodelovanja in skupne objave. Tudi raziskave PON1 so izjemnega znanstvenega pomena, saj predstavlja potencialni označevalec vnetnega odziva, ter srčno-žilnih in nevrodegenerativnih bolezni. Temeljne raziskave nadgrajujemo s translacijskimi raziskavami, katerih cilj je najti nove potencialne diagnostične in prognostične biološke označevalce. Na tem področju so v zadnjem času veliko zanimanja pritegnili tudi eksosomi, ki predstavljajo pomemben način komunikacije med celicami pri različnih organizmih. Pri glivah so bili prepoznani kot pomemben dejavnik povezan z infektivnostjo in patogenostjo gliv, nedavno pa tudi z razvojem nevrodegenerativnih bolezni. V medicini eksosomi predstavljalo potencialni neinvaziven biološki označevalec številnih bolezni. Tokom dosedanjih raziskav smo že razvili metode za njihovo izolacijo in karakterizacijo, te pristope pa bomo lahko uporabili za doseganje novih mejnikov na področju raziskav eksosomov kot endogenih dostavnih sistemov in bioloških označevalcev. Raziskave hormonsko odvisnih bolezni in raka bodo prispevala nova znanja na področju molekularne endokrinologije, zlasti glede novih mehanizmov delovanja steroidnih hormonov, in omogočile identifikacijo novih tarč zdravljenja in ne-invazivnih označevalcev za zgodnjo diagnostiko. Te raziskave bodo potekale v sodelovanju z nekaterimi vodilnimi skupinami na področju molekularne endokrinologije hormonsko odvisnih bolezni. Na področju farmakogenetike smo že naredili velik znanstveni doprinos pri raziskovanju genetskih dejavnikov, ki vplivajo na interindividulano variabilnost presnove in transporta zdravil, metabolnih in signalnih poti, ki so tarča delovanja zdravil ter mehanizmov popravljanja poškodb DNA in smo vodilna slovenska raziskovalna skupina na področju

Program ima velik vpliv na razvoj visokega šolstva. Večina raziskovalcev programske skupine so pedagoško polno obremenjeni učitelji in asistenti, katerih raziskovalna obremenitev predstavlja le 20% dopolnilne obremenitve. Med njimi je kar sedem rednih profesorjev, kar kaže na njihove izjemne dosežke tako na področju znanstvene ustvarjalnosti, kot tudi pri pedagoškem in strokovnem delu. Kot vrhunski strokovnjaki na svojih področjih s prenašanjem novih znanstvenih spoznanj, pridobljenih z lastnim raziskovalnim delom in sledenjem raziskavam v svetu, dvigajo kvaliteto pouka na dodiplomskih in podiplomskih študijih Univerze v Ljubljani. Na velik potencial raziskovalcev programske skupine za prenašanje znanja na doktorske študente kaže tudi njihova velika vpetost v doktorski študij Biomedicina in Bioznanosti, kjer člani programske skupine koordinirajo ali sodelujejo pri številnih temeljnih in izbirnih predmetih. Raziskovalci v programski skupini so bili v letu 2016 tudi izjemno uspešni kot mentorji in somentorji pri 26 doktorskih nalogah, kar kaže na veliko izvirnost in novost naših raziskav.   Naš program ima tudi velik potencial za napredek zdravstva, saj pomemben del predstavlja translacija temeljnih raziskav v reševanje aktualnih kliničnih problemov. S kliničnimi raziskavami na področju hormonskih motenj,psihiatrije, nevrologije, vnetnih bolezni in raka smo že identificirali nove potencialne diagnostične in prognostične označevalce, nove tarče za zdravljenje in farmakogenetske označevalce odgovora na zdravljenje. Naše raziskave podprte z replikacijskimi in multicentričnimi študijami, bodo tako omogočile prehod iz dosedanjega načina zdravljenja, ki je temeljilo na značilnosti celotne populacije bolnikov, v prediktivno, preventivno in personalizirano zdravljenje. Cilj farmakogenetike v medicini je izboljšati diagnostiko, napoved poteka bolezni in učinkovitost zdravljenja pri posameznem bolniku glede na njegove genetske značilnosti. Poznavanje genetskih dejavnikov tveganja za nastanek bolezni omogoča, da odkrijemo bolj ogrožene osebe in jim s hitrejšo diagnozo omogočimo zgodnejše in bolj učinkovito zdravljenje. S farmakogenetskim testiranjem lahko identificiramo bolnike, pri katerih bo zaradi genetske variabilnosti presnova zdravil spremenjena. S prilagajanjem izbire in odmerjanja zdravil ter spremljanja poteka zdravljenja posameznemu bolniku glede na njegove demografske, klinične in genetske značilnosti lahko izboljšamo učinkovitost zdravljenja in zmanjšamo pojav neželenih učinkov.   Mednarodni konzorcij za klinično implementacijo farmakogenetike (CPIC), katerega članica je prof. Dolžan, je za številna zdravila že pripravil smernice za prilagoditev zdravljenja glede na bolnikov genotip,. Smiselnost in ekonomsko upravičenost preemptivnega farmakogenetskega testiranja bomo preverili v toku projekta Obzorja2020 U-PGx. S sodelovanjem v projektu U-PGx smo dobili znanja, infrastrukturo in diagnostično uporabne kite, ki bodo omogočili hitrejši prenos v klinično prakso. Potrebno pa se bo dogovoriti, kdo bo plačnik takšnih storitev za klinično prakso. Translacija našega raziskovalnega dela v klinično prakso ima zato tudi velik družbeno-ekonomski vpliv, saj učinkovitejše zdravljenje pomeni velik prihranek za zdravstvo, boljša pa je tudi kvaliteta življenja bolnikov.   Številna področja našega raziskovanja so tudi zelo zanimiva za industrijo. Na to kažejo izdelani elaborati za zunanje uporabnike. S tem, da smo razrešili genome številnih ekstremofilnih organizmov, bomo lahko izboljšali biotehnološko izrabo teh mikroorganizmov. Poliekstremofilne kvasovke A. pullulans so vključene v razgradnjo rastlinskega materiala, plastike in aromatskih spojin in imajo velik potencial za uporabo v biotehnologiji, saj so organizmi z izboljšano toleranco na sol zanimivi za bioremediacijo, biotehnologijo in agronomijo. V genomih halofilnih gliv smo identificirali tudi gene za rodopsine, ki so izredno zanimivi za aplikacijo v optogenetiki. Izsledki raziskav