Alkohole poliizoprenoidowe (poliprenole i

Nr wniosku: 170637, nr raportu: 19505. Kierownik (z rap.): dr Liliana Aleksandra Surmacz
Alkohole poliizoprenoidowe (poliprenole i dolichole) to naturalne biopolimery obecne w komórkach
wszystkich organizmów żywych. Pomimo, że poliizoprenoidy są intensywnie badane od ponad 50 lat to
nasza wiedza o ich właściwościach, mechanizmach biosyntezy i roli w komórce wciąż jest niepełna.
Poliizoprenoidy mogą występować jako pojedynczy związek, np. baktoprenol u bakterii lub częściej, jak w
komórkach eukariotycznych, w postaci „rodzin” mieszanin homologów. Związki te pełnią istotną rolę w
budowaniu polimerów ściany komórkowej i glikozylacji białek w komórkach bakterii, podczas gdy u
eukariontów są niezbędne w istotnych dla życia komórek procesach np. potranslacyjnej modyfikacji białek
(prenylacja, glikozylacja), chronią komórki roślin i zwierząt przed niekorzystnym wpływem środowiska.
Ponadto, uważa się, że mogą regulować wzrost roślin, co wpływa na zwiększenie wydajności biomasy
upraw. Dotychczasowe badania nad biotechnologicznym wykorzystaniem poliizoprenoidów wykazały, że
ich pochodne kationowe mogą być stosowane jako lipidowe nośniki leków w terapii chorób nowotworowych
podczas gdy alkohole poliizoprenoidowe i ich fosforany mogą być wykorzystywane jako leki
przeciwwirusowe, przeciwzapalne, przeciwnowotworowe, w leczeniu chorób wątroby a także jako
suplementy diety. Co więcej, suplementacja dolicholem diety pacjentów z wrodzonym niedoborem
glikozylacji (choroby CDG typu I) jest także proponowana jako strategia terapeutyczna tych rzadkich chorób
genetycznych o ciężkim przebiegu. Badania dotyczące genów zaangażowanych w biosyntezę
poliizoprenoidów są zatem szczególnie ważne ze względu na bardzo ograniczoną wiedzę w tym zakresie, a
także ze względu na potencjalne praktyczne zastosowania tych związków.
Celem naukowym projektu było scharakteryzowanie na poziomie molekularnym i biochemicznym
roślinnych cis-prenylotransferaz - enzymów zaangażowanych w powstawanie łańcucha poliizoprenoidowego
i regulację jego długości. Ma to istotne znaczenie, jako że tylko poliizoprenoidy o dobrze zdefiniowanej
pożądanej długości łańcucha mogą być stosowane jako suplementy diety.Cel projektu został zrealizowany,
scharakteryzowano 5 z 9 genów kodujących potencjalne cis-prenylotransferazy Arabidopsis thaliana. W
ramach projektu zbadano profil ekspresji i specyficzność końcowych produktów pięciu cis-prenylotransferaz
w roślinach dzikich i genetycznie zmodyfikowanych. Zbadano również wpływ unieczynnienia i nadekspresji
wybranych genów cis-prenylotransferaz Arabidopsis na odpowiedź obronną roślin na warunki środowiskowe
i zakażenia patogenami. Wykazano także, że pomidorowa cis-prenlotransferaza do swojej aktywności, czyli
budowy łańcucha poliizoprenoidowego potrzebuje dodatkowego białka regulatorowego. Ponadto, w
komórkach drożdży zidentyfikowano krótkie pojedyncze poliprenole, które co ciekawe nie zostały wcześniej
zidentyfikowane w tym bardzo dobrze zbadanym układzie doświadczalnym, jednakże ich rola w komórce
pozostaje nieznana i wymaga dalszych badań.
Identyfikacja genów cis-prenylotransferaz Arabidopsis i ich produktów wzbogaciła istniejący stan
wiedzy na temat podstawowych mechanizmów regulujących metabolizm komórkowy. Badania
zmodyfikowanych genetycznie roślin Arabidopsis z dodatkowymi kopiami genów cis-prenyltransferaz, jak
również mutantów z unieczynnionymi genami AtCPT dały możliwość analizy funkcji biologicznych
poliizoprenoidów w żywych komórkach. Uzyskana w tym projekcie wiedza będzie mogła być w przyszłości
wykorzystana do otrzymania roślin o pożądanych właściwościach użytkowych.
Wyniki uzyskane w tym projekcie opisano w 3 pracach eksperymentalnych i opublikowano w
międzynarodowych czasopismach naukowych a także weszły one w skład 2 prac magisterskich i 2 prac
inżynierskich. Będą także częścią rozprawy habilitacyjnej kierownika projektu. Uzyskane wyniki były
prezentowane na konferencjach międzynarodowych, co umożliwiło nawiązanie współpracy naukowej z
grupą badawczą dr T. Akhtara, z Uniwersytetu w Guelph w Kanadzie i zaowocowało wspólnie
przygotowanymi manuskryptami publikacji; umożliwi to w przyszłości wspólne przygotowanie kolejnych
projektów badawczych.