Módszertani fejlesztések a neurodegeneratív betegségek kutatásához
A β-amiloid peptidek az emberi szervezetben egy nagyobb fehérjéből, az amiloid prekurzor fehérjéből (APP) keletkeznek proteolitikus hasítással. Fiziológiás szerepük nem tisztázott, azonban az Alzheimer-kór esetében mennyiségük megnő, és az agyban kóros lerakódásokat képeznek.
A peptidnek több, eltérő hosszúságú variánsa van, ezek mind hajlamosak összetapadni, aggregálódni
és így különböző méretű és tulajdonságú citotoxikus oligomereket vagy amiloid szálakat képezni.
Kiterjedt kutatások folynak annak érdekében, hogy megértsük az aggregáció mechanizmusát, azonosítsuk az idegsejtek számára toxikus formákat, és feltárjuk a citotoxicitás molekuláris hátterét. Ezekhez a kísérletekhez szükség van mesterségesen előállított β-amiloid peptidekre, amelyeket kémiai szintézissel lehet előállítani, vagy pedig rekombináns úton sejtkultúrában lehet termeltetni
„Az utóbbi megoldást választva Escherichia coli baktériumba vittük be a β-amiloid peptidet kódoló, mesterségesen megtervezett gént az őt hordozó plazmiddal – mondja Kardos József. – A baktériumsejtek felnövesztése után a fehérjetermelést indukálva nagy mennyiségben sikerült a peptideket termeltetni.”
A β-amiloidot tartalmazó sejteket fel kell tárni, és belőlük izolálni, megtisztítani a termelődött peptidet, mivel a szennyezésmentes, tiszta formában történő előállítás fontos az elvégzendő kísérletek szempontjából. „A tisztítás külön protokoll kidolgozását igényelte, mert a peptid aggregációra, kicsapódásra hajlamos, a kísérletekhez pedig a monomer formából érdemes kiindulni” – teszi hozzá Molnár Tamás.
Más kutatócsoportok, cégek is előállítják rekombináns expresszióval a β-amiloid peptideket, és forgalmazzák őket.
A Kardos József és Molnár Tamás által kidolgozott know-how-val az eddigieknél nagyobb kitermelést sikerült elérni,
és megoldódott a peptidek könnyen oldódó monomer formában történő előállítása is. „Célunk nem a szabadalmaztatás, hanem a saját know-how alapján a peptidek előállítása kutatásainkhoz és külső hasznosítás céljára. Számos tudományos együttműködőnket látjuk el peptidekkel, ipari partnereink pedig már több ízben vásároltak nagyobb mennyiséget az ELTE 2021-es Proof of Concept pályázatának keretében általunk előállított anyagból” – jelzik a hasznosítási lehetőségeket a kutatók. Az általuk kidolgozott módszer alkalmas más „ragadós” amiloidogén peptidek és fehérjék előállítására is, amelyek számos neurodegeneratív megbetegedésben játszanak központi szerepet.
Az amiloidképződés molekuláris hátterét Kardos József hosszú évek óta kutatja, több mint 30 ilyen témájú tudományos közlemény szerzője. Az előállított peptidek használatával kutatócsoportja rangos nemzetközi folyóiratokban publikált sikerrel, mint például a Proceedings of the National Academy of Sciences USA, Angewandte Chemie, Nucleic Acids Research (lásd: Magyar Tudományos Művek Tára).
Az ELTE Egyetemi Találmányi Testülete 2022-ben Kardos József és Molnár Tamás kutatását találta az év legkiemelkedőbb egyetemi fejlesztésének. Döntése alapján a két kutató kapta az ELTE Innovatív Kutatói Díját, amelyet október 11-én az Innovációs Napon Darázs Lénárd általános rektorhelyettes adott át.
Kardos József 1993-ban végzett biofizikusként az ELTE-n, majd 2001-ben szerezte meg PhD-fokozatát az ELTE Biológia Doktori Iskola Szerkezeti Biokémia Programjában. Tudományos pályáját az MTA Enzimológiai Intézetében kezdte, majd Japánban, az Oszakai Egyetem Fehérjekutató Intézetében dolgozott posztdoktorként. 2004-től az ELTE Biokémiai Tanszék adjunktusa. 2014-től az ELTE NAP Neuroimmunológiai Kutatócsoport vezetője. Főbb érdeklődési területei a fehérje folding és misfolding, a fehérjeaggregáció és amiloidképződés szerkezeti hátterének vizsgálata, a különféle oligomerizációs fokú aggregátumok szerepe a neurodegenerációban, a komplementrendszer aktivációjának mechanizmusa, a komplement szerepe a központi idegrendszerben. Jártas a rekombináns DNS-technikában, fehérjék heterológ expressziós rendszerekben történő kifejezésében és tisztításában, különféle biofizikai, és spektroszkópiai technikák használatában, és ezek fejlesztésével is foglalkozik.
Molnár Tamás 2009-ben szerzett biológus diplomát molekuláris biológia alszakirányon az Eötvös Loránd Tudományegyetemen. Szakdolgozói kutatási tevékenységét 2005-ben kezdte meg az ELTE Biokémiai Tanszékén, Nyitray László motorfehérje szerkezeti biológiai kutatócsoportjában. A doktori képzést szintén az ELTE-n végezte el Gráf László professzor témavezetésével. Az MTA-ELTE Biotechnológiai Kutatócsoport tagjaként a fehérjék stabilitását és flexibilitását vizsgálta szerin proteáz-kanonikus inhibitor komplexek segítségével. A PhD-fokozat megszerzését (2017) követően csatlakozott a Kardos József által vezetett kutatócsoport munkájához, ahol jelenleg is peptidek és fehérjék kóros aggregációs folyamatainak és amiloidképzésének molekuláris szintű vizsgálatával foglalkozik. A kutatás mellett a Biokémiai Tanszék elméleti és gyakorlati oktatási feladataiban 2009 óta vesz részt folyamatosan, 2020-tól adjunktusként.
Az ELTE korábbi innovatív kutatóiról az alábbi linken tájékozódhat.
A borítóképen a béta-amiloid peptid által alkotott szálak elektronmikroszkópos felvétele látható. A rajta szereplő 100 nanométeres skála a milliméter tízezred része, az amiloidszálak a hajszál ezredrészénél is vékonyabbak. (Kardos József felvétele az általa létrehozott peptidről)