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

Molekularni mehanizmi, ki so vpleteni v regulacijo celičnih procesov so ključni za vzdrževanje homeostaze, obrambo pred okoljskimi ali endogenimi stresorji in popravo poškodb. Za bolšje razumevanje molekularnih mehanizmov, ki uravnavajo celične procese v zdravju in bolezni, bomo osnovne raziskave na izoliranih encimih, modelnih organizmih, celičnih linijah in človeških tkivih nadgradili z aplikativnimi raziskavami in kliničnimi študijami. Translacijski cilj našega programa je najti nove potencialne diagnostične in prognostične označevalce, opredeliti in raziskati nove tarče zdravljenja in farmakogenetske označevalce odgovora na zdravljenje za osebno medicino. Izolirani in plazemski encimi predstavljajo potencialne nove tarče zdravljenja. Razvili bomo metode za visoko zmogljivo presejanje inhibitorjev holinesteraz (AChE in BChE) na očiščenih rekombinantnih encimih in na neočiščenih encimih  v serumih zdravih preiskovancev in bolnikov z Alzheimerjevo boleznijo. Preučevali bomo tudi eksogene in endogene dostavne sisteme. Dostavni peptidi (cell penetrating peptides, CPP) omogočajo vnos  različnih molekul tovora (zdravila, peptidi, siRNA) v celice. Da bi razvili CPP z manj stranskimi učinki, bomo preučevali interakcije CPP iz družine pepfect z modeli membran v odvisnosti od zgradbe membran in dostavljenega tovora (siRNA). Eksosomi predstavljajo edinstven endogeni sistem za dostavo beljakovin, lipidov in miRNA, zelo pa so tudi preučevani kot označevalci različnih bolezni. Preverili bomo, ali bi lahko bili eksosomi in miRNA v vzorcih likvorja in serumov klinično pomemben označevalec encefalopatije pri AIDSu oziroma nevrodegeneracije pri Alzheimerjevi bolezni. Evkariontske organizme izolirane iz slanih habitatov: H. werneckii (ekstremno prilagodljiva), W. ichthyophaga (obligatorni halofil) in A. pullulans (zmerno halotoleranten), bomo preučevali kot model za študij signalnih poti prilagajanja na slanostni stres.  Pred kratkim smo določili genome  teh organizmov. Te informacije bomo uporabili za identifikacijo komponent signalnih poti. Primerjalne študije obstoječih genomov, funkcijske študije sevov z izničenimi geni in razvoj ustreznih matematičnih modelov, bodo omogočile boljši vpogled v regulatorne mreže in prilagoditvene strategije teh organizmov v stresnih razmerah. Rak endometrija in endometrioza sta povezana z motnjami v metabolizmu in delovanju estrogenov in progesterona. Te procese bomo preučevali s ciljem, preveriti in identificirati potencialne nove tarče za razvoj zdravil in nove biokemijske označevalce primerne za zgodnjo diagnostiko. Farmakogenetske študije revmatoidnega artritisa,  akutne limfoblastne levkemije pri otrocih in malignega mezotelioma pri odraslih bomo nadgradili z razvojem ustreznih klinično-farmakogenetskih modelov, ki jih bomo preverili v prospektivnih študijah in na neodvisnih skupinah bolnikov, za najbolj značilne pa bomo predlagali klinično uporabne algoritme, ki bodo omogočili translacijo v klinično prakso.

Program nadaljuje raziskave na področjih, kjer so naši rezulati že imeli veliko znanstveno odmevnost, ta področja pa nadgrajuje z uporabo sodobnih metodologij za reševanje aktualnih znanstvenih tem, kar bo omogočilo boljše razumevanje molekularnih procesov v zdravju in bolezni. Izboljšane metode kinetičnih analiz in določanja inhibitornih konstant encimskih reakcij bodo imele pomemben vpliv v toksikologiji, pa tudi klinični praksi. Študije dostavnih peptidov so že privedle do uspešnega patenta. Eksosomi in miRNA predstavljajo izjemno orodje za preučevanje komunikacije med celicami in uravnavanja molekularnih procesov, povezani pa so tudi s številnimi boleznimi. Z raziskavami na področju genomike, transkriptomike, proteomike in farmakogenomike bomo prispevali k boljšemu razumevanju osnovnih mehanizmov, vpletenih v molekularne in celične procese na več ravneh. Pred kratkim smo v sodelovanju z več raziskovalnimi skupinami in ustanovami pridobili prve genome modelnih organizov H. werneckii, A. pullulans in W. Ichthyophaga,  naša raziskava pa je prva, ki bo te podatke o genomih / transkriptomih uporabila za primerjalno analizo poti prenosa signalov pri odgovoru na stres. Prvi bomo tudi pripravili halofilne glive z izničenimi geni. Raziskave hormonsko odvisnih bolezni in raka bodo prispevala nova znanja na področju molekularne endokrinologije, zlasti glede novih mehanizmov delovanja steroidnih hormonov, in omogočila identifikacijo novih tarč zdravljenja in ne-invazivnih označevalcev za zgodnjo diagnostiko  in individualizirano zdravljenje. Pri teh raziskavah sodelujemo z vodilnimi skupinami na področju molekularne endokrinologije hormonsko odvisnih bolezni, lahko prenesli tudi v naše laboratorije. Na področju raziskav bioloških označevalcev in farmakogenetike bodo naši rezultati doprinesli k razvoju osebne medicine. Predstavljajo pa tudi temeljni kamen za morebitno ustanovitev univerzitetnega spin-off podjetja, ki lahko ponudi nove zaposlitvene priložnosti slovenskim podoktorskim raziskovalcem. Usmeritev naših raziskav bo tako prispevala k boljšemu razumevanju osnovnih molekularnih procesov, k prepoznavanju novih tarč za nove pristope k zdravljenju, pa tudi molekularnih diagnostičnih in prognostičnih označevalcev, ki bodo prispevali k razvoju osebne medicine. Poleg visoke znanstvene produktivnosti na enoto FTE, o kvaliteti raziskovalne dejavnosti priča tudi podatek, da je v programski skupini kar 7 rednih profesorjev  in veliko število dokončanih doktorskih, magisterskih in diplomskih nalog , ter šest patentnih prijav, ki izhajajo iz različnih raziskovalnih področjih v zadnjih petih letih. To kaže, da ima nadaljevanje naših raziskav dober potencial, da privede do izvirnih in pomembnih znanstvenih ugotovitev.

Med raziskovalci programske skupine je kar 7 rednih profesorjev, kar kaže na njihove izjemne dosežke tako na področju znanstvene ustvarjalnosti, kot tudi pri pedagoškem in strokovnem delu. So nosilci več temeljnih in izbirnih predmetov s področja biokemije in molekularne biologije na dodiplomskem in podiplomskem študiju, v zadnjih 5 letih pa so bili mentorji 18 doktoratom, somentorji 6 doktoratom in mentorji 3 magisterijev. Upoštevajoč dejstvo, da na Medicinski fakulteti ni diplom, 28 mentorstev in 17 somentorstev pri diplomskih delih kaže, da so naši učitelji vpeti tudi v pouk na drugih fakultetah. S tem pomembno vplivajo tako na razvoj izobraževanja na Univerzi v Ljubljani, kot tudi na razvoj področja biokemije in molekularne biologije v Sloveniji. Z vidika polne pedagoške obremenjenosti pa raziskovalci programske skupine dosegajo nadpovprečne rezultate na enoto FTE. Poleg razvoja visokega šolstva ima program velik vpliv na prepoznavnost Slovenije. Preučevani halofilni organizmi so bili prvič izolirani v Sečoveljskih solinah, zato slovenski raziskovalci na tem področju dosegajo izjemno mednarodno prepoznavnost, kar je zelo pomembno za promocijo Slovenije. Izsledki raziskav celotnih genomov in/ali transkriptomov teh organizmov bodo nedvomno vodili v nove patentne prijave in lahko imajo tudi velik pomen za gospodarstvo, saj so organizmi z izboljšano toleranco na sol zanimivi za bioremediacijo, biotehnologijo in agronomijo. Naš program ima tudi velik potencial za napredek zdravstva, saj pomemben del programa predstavlja translacija temeljnih raziskav v reševanje aktualnih kliničnih problemov.  S kliničnimi raziskavami na področju hormonskih motenj, raka in revmatoidnega artritisa 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. 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.