MTA Szegedi Biológiai Központ

A Központ, mint Közép-Európa legnagyobb molekuláris biológiai alapkutatásokkal foglalkozó intézménye, 30 éves fennállása során úttörő szerepet játszott a molekuláris biológiai és genetikai módszerek alapkutatási alkalmazásaiban, mind ezen módszerek klinikai alkalmazásainak meghonosításában. Részt vettünk számos monogénes betegség (cisztás fibrózis, Duchenne musculáris dystrophia, Huntington-kór) hazai molekuláris genetikai diagnózisának bevezetésében, gyakori betegségekre hajlamosító allélek vizsgálatában (pl. Alzheimer-kór), betegségek állatmodelljeinek megalkotásában, populációgenetikai vizsgálataink pedig a hazai lakosság eredetvizsgálatában nyújtanak tájékoztatást. A modern orvostudomány szempontjából lényeges a világon elsőként alkalmazott mesterséges kromoszóma előállítási módszerünk, amely a génterápiában és orvosilag fontos fehérjék előállításában kerülhet alkalmazásra. Az alapkutatással, de a klinikai genetikával szoros kapcsolatban vannak azok a vizsgálataink, amelyeket modellszervezeteken végeztünk. Így előállítottunk a kardiovaszkuláris rendszer elváltozásainak (endothel dysfunctio, atherosclerosis) modellezésére alkalmas transzgénikus egérmodellt. A lipid metabolizmusban meghatározó szerepet játszó fehérjék (apolipoprotein B-100 (hApoB-100) és a humán koleszteril észter transzfer protein (hCETP)) arányának mesterséges megváltoztatása révén olyan, zsíranyagcsere szempontjából humanizált egereket hoztunk létre, amelyek a humán kardiovaszkuláris betegségek klasszikus állatmodelljeiként szolgálnak.
Inkább az alapkutatásokhoz kapcsolódó, de a klinikum számára is jelentős az a vizsgálatsorozat, amelyet a génműködés molekuláris szabályozásában végeztünk. Ehhez modellként humán és állati retrovírust, ecetmuslicát és rovar-, valamint emlős-eredetű szövettenyészeteket használtunk.

- A humán és szarvasmarha leukémia vírusok transzkripcióját biztosító DNS szabályozó elemeket és azokhoz kapcsolódó fehérje faktorokat azonosítottunk és kölcsönhatásukat jellemeztük.
- HIV szaporodásában kulcsszerepet játszó proteázt az elsők között állítottuk elő nagy mennyiségben, baktériumban, az enzimet jellemeztük.
- Résztvettünk az ecetmuslica egyedfejlődés legkorábbi szakaszában meghatározó szerepet játszó gének szerkezet és funkció vizsgálatában, valamint olyan gének azonosításában, amelyek hiszton modifikáló faktorokkal az aktív kromatin kialakításában játszanak szerepet.
- A stressz hatására megvalósuló transzkripciós válasz mechanizmusáról és annak a stresszválasz szempontjából előnyös módosítási lehetőségeiről nyertünk új adatokat.

A Drosophila fejlődésgenetikai kutatásoknak a Központban három évtizedes sikeres múltja van. Kiemelkedő eredmények születtek a hormonhatás, a nőstény fertilitás, a kromatinszintű génszabályozás, a tumorszupresszió valamint a rovar immunitás vizsgálatában. A Szegeden előállított mutánsok a Drosophila Genom Program génazonosítási projectjéhez szükséges mutánsok mintegy ötödét szolgáltatták. Részesei vagyunk egy konzorciumnak, mely egy új, szekvencia alapú (SNP) géntérképezési eljáráshoz szükséges inszerciós mutánsgyűjtemény kialakítására szerveződött. Ezen kívül kutatócsoportunk jelenleg két, egymást kiegészítő mutagenezis rendszert (génszerkezet alapján történő génazonosítás és erőltetett expresszió) fejleszt. Működtetjük a transzgenikus Drosophila vonalakat előállító szolgáltatólaboratóriumunkat. Gyakorlatunk van a kettős szálú RNS-alapú géncsendesítési eljárás kivitelezésében, kifejlesztettük az első hazai Drosophila cDNS chipet. Az ismert modellorganizmuson szerzett genomikai tapasztalatok alapját képezik a tervezett diagnosztikai alkalmazásoknak, valamint humángenetikai kutatásoknak.

Genomikai megközelítés az emberi betegség és populációeredet vizsgálatokban
Csoportvezető: Raskó István, MD,PhD,DrSc

       Az emberi genetikai betegségek hagyományos osztályozása kromoszómális, monongénes és multifaktoriális poligénes kategóriákra, túlzottan leegyszerűsített. Ugyanabban, vagy különböző génben előforduló többszörös mutációk ugyanis egyénileg eltérő fenotípust okoznak. Az egyénileg jellemző klinikai fenotípust befolyásoló faktorok szerepének megértése még az ugyanabban a génben bekövetkező mutációk esetén is csak a közelmúltban indult meg. Manapság ezért a monogénes tulajdonságokat a komplex bélyegek egy speciális variációjának tekintjük; a különböző fenotípusok az ugyanabban a génben megtalálható allél variációk, a módosító gének, a táplálkozás és környezet együtthatásának eredményeképpen alakulnak ki. Miután néhány monogénes rendellenesség vonatkozásában elvégeztük a magyarországi populáció jellemzését, jelen célunk, hogy egy eset-kontroll vizsgálattal, genomikai technológiák felhasználásával, komplex, poligénes rendellenességek hajlamosító alléljeit azonosítsunk. Első modellünk az idiopathias scoliosis.
       A régészeti leletekből izolálható DNS új lehetőségeket nyit. Az utóbbi években nyilvánvalóvá vált, hogy a régészeti leletekben megőrzött DNS rendkívül kis mennyiségben van jelen, súlyosan károsodott és gyakran szennyezett, gátló vegyületekkel a talajból, vagy gomba, és bakteriális DNS-el. A régészeti DNS segítségével azonban régi emberi populációk és azok története tanulmányozható. Jelenlegi célunk, hogy a honfoglaláskor Kárpát-medence mitokondriális és Y kromoszómális archeogenetikai térképét megalkossuk. PCR-el sokszorosítható régészeti DNS-t izoláltunk, régészetileg jellemzett feltárási területekről származó csontokból. A mitokondriális és Y kromoszómális haplotípusokat és haplocsoportokat meghatároztuk és összehasonlítottuk a modern magyar populáció adataival.

Funkcionális Genomikai Laboratórium
Csoportvezető: Puskás László, PhD

    A microarray-ek (DNS chipek) olyan kémiailag aktivált üveglemezek, melyek felületére nagy számban oligonukleotidok, cDNS- és fehérje molekulák vagy gyógyszeralapanyagként funkcionáló kismolekulák vannak kikötve nagy sűrűségben. Ezek a lemezek olyan új, különleges eszközei a funkcionális molekuláris biológiának, melyek különböző genomi mutációk, gén kifejeződési mintázatok és fehérjeszintek gyors és egyidejű összehasonlítását teszik lehetővé szerteágazó biológiai mintákon különböző rendszer szinteken [genom (kromoszómális DNS szekvencia összessége), transzkriptom (mRNS populáció), proteom (fehérje populáció) szintek]. 2000. óta az Szegedi Biológiai Központban működő Funkcionális Genomika Laboratórium sikerrel alkalmazza a microarray technikát a genomikai, transzkriptomikai és proteomikai kutatásokban. Laboratóriumunk kiválóan felszerelt a módszerhez szükséges összes magas színvonalú eszközzel és az adatfeldolgozáshoz szükséges szoftveres háttérrel. Ezek a műszerek többek között a microarray készítéshez szükséges nyomtatórobot (MicroGrid II TAS), mely nagydenzitású (25.000 pont/lemez) nyomtatásra képes, a teljesen automata hibridizáló állomás (Ventana) a hibridizálási körülmények precíz beállíthatóságával, a lemezek leolvasására alkalmas nagy érzékenységű és felbontású konfokális lézer szkenner (Agilent Technologies) valamint az adatok validálásához szükséges valós idejű PCR gép (Corbett Research). Laboratóriumunk Sun munkaállomás (Sun Microsystem) segítségével jelenleg olyan helyi adatbázist épít, mely az egyes microarray kísérletekhez tartozó teljes adat állományt rögzíti és tárolja. A lemezek kiértékeléséhez és az adatok feldolgozásához, rendszerezéséhez a GenePix pontelemző és az OmniViz klaszter analizáló szoftvereket használjuk. A laboratórium részben kiszolgáló, részben kollaboratív alapon működik. Számos kollaboratív partnerünk van mind hazai mind külföldi intézetekből.
       Genomi szint: A kromoszóma változások, mint a deléció vagy az amplifikáció meglehetősen gyakoriak a különböző betegségekben. A specifikus átrendeződések számos esetben jellemzőek az egyedi betegségre illetve annak aktuális állapotára. Az összehasonlító genomi hibridizáció (CGH) gyors és nagy felbontású, DNS chip alapú módszer, ami egy kísérleti lépésben számos információt szolgáltat egy adott sejt teljes genomjáról, a mono- és poliszómiákról, az amplifikációkról és deléciókról. Alkalmazhatóság és felbontás tekintetében messze túlszárnyalja az eddig használatos módszereket. Ezt a módszert alkalmazva egy Merkel sejtes karcinómával diagnosztizált beteget vizsgáltunk. Munkánk célja az volt, hogy összehasonlító genom hibridizációval igazoltuk a Merkel sejtes karcinóma és a kialakult tonsillaris (mesopharynx) tumor közös eredetét. A kapott eredmények alapján mindkét tumorban azonosítottuk azokat a géneket, melyek esetében történt deléció, ill. amplifikáció. Összehasonlítva a két tumor adatait, a megváltozott gének többsége mindkét tumorban detektálható volt, míg olyan géneket is találtunk, melyek csak az egyik tumorban mutattak változást. A microarray analízis adatai alapján azt feltételeztük, hogy a tonsillaris tumor és a felső ajkon jelentkező Merkel sejtes karcinóma közös genetikai eredetű. Eredményeink alapján azt feltételeztük, hogy a Merkel sejtes karcinóma és az időben később megjelenő tonsillaris tumor közös premalignus sejtcsoportból, független folyamatok hatására alakult ki.
       Génkifejeződési szint: A microarray technika legfontosabb és leginformatívabb alkalmazása különböző biológiai minták génexpressziójának párhuzamos vizsgálata, mely a genom aktív elemeire összpontosít. A technika lehetővé teszi, hogy egyetlen kísérletben specifikus sejtpopulációk teljes génkifejeződési mintázatát összehasonlítva vizsgáljuk. A génkifejeződési mintázatok elemzésének legfontosabb célja a normálistól eltérő módon működő gének felderítése különböző fiziológiai és patológiai állapotokban. A cDNS- vagy oligonukleotid darabokat hordozó chipek így egy adott sejt adott állapotára jellemző molekuláris ujjlenyomat elkészítésére alkalmasak. Laboratóriumunk sikeresen alkalmazta ezt a technikát számos környezeti és biológiai hatásra bekövetkező génkifejeződési változás analizálására. Vizsgáltuk többek között esszenciális zsírsavak táplálkozás élettani hatását, a csontritkulás és a gyulladás állat modelljeit, különböző baktérium és növényfajok stressz válaszát, különböző gyógyszer molekulákkal kezelt humán sejtvonalakat illetve különböző patológiás szöveteket. Olyan DNS chipeket fejlesztettünk ki, melyek számos, a stressz válaszban szerepet játszó gének homológ próbáit tartalmazva alkalmasak különböző toxikológiai stresszhatások elemzésére génexpressziós szinten. Alkalmazásásukkal gyógyszeralapanyagként felhasználható kismolekulák, biológiai és egyéb anyagok toxikológiai profilja határozható meg, mely ezen vegyületek későbbi felhasználhatósága szempontjából elengedhetetlen információt jelent.
       Fehérje szint: Bár a génkifejeződési mintázat analízise jó lehetőségeket kínál betegségekben résztvevő gének felderítésére, mégis az mRNS populáció tanulmányozása önmagában figyelmen kívül hagyja azt a tényt, hogy a tényleges sejtfunkciókat fehérjék látják el. Számos poszttranszlációs modosítás, mint pl. az RNS splicing, foszforiláció, glikolizáció módosíthatja a fehérjék működését. Sem a genom, sem a transzkriptom analízise nem ad információt a fehérje-fehérje kölcsönhatásokról, hogyan és hol jönnek létre a sejtben a különböző környezeti hatások következtében. Ahhoz, hogy a komplex biológiai rendszerek működéséről információt kapjunk, a fehérje-fehérje kapcsolatok illetve a fehérje populáció összetételének ismerete szükséges. Laboratóriumunk mind saját készítésű, mind kereskedelmi forgalomban elérhető fehérje chipeket alkalmaz a fehérje expresszió elemzésére. Speciális, egyes fehérje csoportokra fókuszált chipek fejlesztése jelenleg is folyik és a közeljövőben elérhető lesz laborunkban.

1. ábra cDNS microarray lemezek A: humán limfociták totál RNS-ből származó Cy5 festékkel jelölt cDNS próbával hibridizálva. B: humán egészséges szövet totál RNS-ből származó Cy5 festékkel jelölt cDNS próba és humán tumoros szövet totál RNS-ből származó Cy3 festékkel jelölt cDNS próba keverékével hibridizálva.

Limfocita Jelátviteli Csoport
Csoportvezető: Monostori Éva, PhD

A Limfocita Jelátviteli Csoport az emberi galektin-1 gyulladáscsökkentő hatásának mechanizmusát és esetleges terápiás felhasználásának lehetőségeit kutatja.

Hozzáférhető vizsgálatok:
- különböző kémiai hatóanyagok citotoxikus hatásának vizsgálata in vitro apoptózis tesztekben, megfelelő sejtvonalakon.

Molekuláris Neurobiológiai Csoport
Csoportvezető: Sántha Miklós, PhD

A molekuláris genetika hozzáférhető vizsgálatai:

- A kardiovaszkuláris rendszer elváltozásainak (endothel dysfunctio, atherosclerosis) modellezésére alkalmas transzgénikus egerek (apoB-100, apoB-100 x hCETP kettos transzgenikus egerek).  Cholesteryl-eszter transzfer protein (CETP) inhibitorok in vivo screenelése humanizált, hCETP enzimet túltermelő transzgenikus egereken. Sántha Miklós

A molekuláris genetika fejlesztés alatt álló témái:

- Kardio- és neuroprotekció modellezése transzgenikus egerekben (hsp27, HSPB2xHSPB3 transzgenikus egerek). Sántha Miklós
- Nem-narkotikus perifériás fájdalomcsillapitás. Oláh Zoltán


A genomika fejlesztés alatt álló témái:

- A szkizofrénia diagnózisára alkalmas perifériás genetikai markerek azonosítása és azok
   alkalmazása. Puskás László

A molekuláris genetika hozzáférhető vizsgálatai:

- A kardiovaszkuláris rendszer elváltozásainak (endothel dysfunctio, atherosclerosis) modellezésére alkalmas transzgénikus egerek előállítása. Sántha Miklós
- A laboratórium legutóbbi időben kezdeményezett és a jövőben egyre hagyobb hangsúlyt kapó kutatási projektjei a daganatok kialakulásában szerepet játszó gének azonosítását célozzák, új típusú megközelítések alkalmazásával. Ezek egyike, hogy kísérleti modell állat rendszerben a humán daganatok nagy többségének kialakulásában bizonyítottan szerepet játszó p53 fehérje által szabályozott, eddig nem azonosított jelátviteli folyamatokat, ill. azokban közreműködő fehérjéket azonosítunk. Ez kettős megközelítéssel történik, egyrészt élesztő kéthibrid rendszert alkalmazva a p53 kölcsönható partnerek fehérje-fehérje kölcsönhatáson alapuló kimutatására, másrészt genetikai megközelítéssel, p53 túltermelés hatására megjelenő fenotipust módosító gének azonosításával, ecetmuslicában. Az alkalmazott kísérleti megközelítések domináns és recessziv onkogének azonosítását egyaránt lehetővé teszik. Előzetes eredményeink szerint mindkét módszerrel sikerült a p53 működésében emlősökben is szerepet játszó gént azonosítani, így a nagyléptékű screen megvalósítása a modell rendszeren feltétlenül indokolt. Boros Imre
- Expressziós vektorokba való klónozás, transzgenikus Drosophila előállítás Sipos László
- Génexpressziós mintázatok megállapítása mRNS in situ hibridizációval Erdélyi Miklós
- Poliklonális és monoklonális ellenanyag készítés Andó István
- In situ ellenanyagos festés Erdélyi Miklós
- Fehérjekomplexek vizsgálata Gyurkovics Henrik
- Génazonosítás expressziós génkönyvtárakból Andó István
- Green fluorescent protein jelölés és a jelölt fehérjék eloszlásának mikroszkópi kimutatása Ádám Géza
- Rovar szövetek transzplantációja Kiss István
- RNS tisztítás, kimutatás Vilmos Péter
- PCR alkalmazások Kiss István
- Monogénes és poligénes betegségek fenotípusában szerepet játszó gének molekuláris azonosítása Raskó István
- DNS károsodások reparációjának vizsgálata Raskó István

A molekuláris genetika fejlesztés alatt álló témái:

- dsRNS gátlás emlős sejtekben Boros Imre
- dsRNS inhibicióval kiváltott génműködés gátlással azonosítunk szövettenyészeti sejtekben transzformációt okozó géneket. Az RNS inhibició - melynek alkalmazásával vannak tapasztalataink - egy teljesen új típusú megközelítést jelent, amellyel, teljes genomra kiterjedő screen valósítható meg diploid organizmusban tumorszupresszor funkciójú gén azonosítására. Boros Imre
- Génkonverzión alapuló site-directed mutagenezis Sipos László

A genomika hozzáférhető vizsgálatai:

- génexpressziós vizsgálatok ATLAS microarray segítségével idiopathias scoliosisban Raskó István
- Huntington kóros betegek fibroblaszt tenyészeteinek génexpressziós vizsgálata cDNS microarray segítségével Raskó István
- RNAi géncsendesítés Andó István
- Génexpressziós változások követése Drosophila cDNS chip segítségével Erdélyi Miklós

A genomika fejlesztés alatt álló témái:

- komplex betegségek (scoliosis) hajlamosító génjeinek azonosítása DNS microarray-vel Raskó István
- A skizofrénia diagnózisára alkalmas perifériás genetikai marker azonosítása Sántha Miklós
- Ivarsejtspecifikus gének azonosítása genetrap módszerrel Drosophilában Erdélyi Miklós
- Ivarsejtben tárolt lokalizált mRNS-ek azonosítása cDNS chip segítségével Erdélyi Miklós
- A Drosophila P53 génnel kölcsönható gének azonosítása Kiss István
- Drosophila onkogének azonosítása eröltetett génexpresszióval Kiss István
- A Prod DNS-kötő fehérje célszekvenciáinak tanulmányozása cDNS chip segítségével Török Tibor
- Drosophila immunválaszban szerepet játszó gének azonosítása cDNS chip segítségével Andó István

<<vissza