Nasze badania skupiają się w szczególności wokół pęcherzyków zewnątrzkomórkowych (egzosomów) i ich znaczenia w rozwoju chorób takich jak nowotwory czy choroby o podłożu zapalnym. Pęcherzyki zewnątrzkomórkowe to niewielkie struktury błoniaste wydzielane przez wszystkie żywe komórki, niosące ze sobą informację biologiczną w postaci kwasów nukleinowych (różne formy RNA), lipidów i białek. Proces wydzielania pęcherzyków i ładunek który niosą podlegają ścisłej regulacji i są zależne od warunków w jakich komórki ludzkie się znajdują. Komunikacja pęcherzykowa ma szczególne znaczenie w kontekście odpowiedzi układu odpornościowego na zagrożenia takie jak infekcje czy nowotwory. Poprzez wymianę pęcherzyków o modyfikowanej zawartości komórki są w stanie przesyłać między sobą różne sygnały umożliwiające koordynację układu odpornościowego. Te zależności są obiektem badań naszej grupy, w której prowadzimy badania zarówno na ludzkich komórkach podstawowych jak i liniach nowotworowych. Badania prowadzone są zarówno w ramach badań statutowych Instytutu, jak i w ramach projektów Narodowego Centrum Nauki.
Projekty obecnie realizowane ze środków Narodowego Centrum Nauki w Zespole:
Zainteresowała Cię tematyka? A może masz swoje pomysły badawcze?
ZAPRASZAMY DO WSPÓŁPRACY!
1. Egzosomy z czerniaka i indukcja antygenowo-zależnej tolerancji immunologicznej
Tłumienie przeciwnowotworowej odpowiedzi immunologicznej ma zasadnicze znaczenie dla przetrwania i rozwoju nowotworów. Zjawisko to jednak jest różne dla różnych typów nowotworu i ma charakter antygenowo-swoisty, tzn. zależny od antygenów rozpoznawanych w komórkach nowotworowych, i nie jest dobrze poznane. Nasze badania skupiają się na znaczeniu małych pęcherzyków zewnątrzkomórkowych (np. egzosomów) w immunosupresji. Pęcherzyki te są udekorowane cząsteczkami białek głównego układu zgodności tkankowej (MHC) klasy I, a zatem mogą wiązać i przenosić specyficzne antygeny nowotworowe. Mogą także przenosić kompleksy MHC-antygen do komórek prezentujących antygen w procesie zwanym cross-dressing. Jednocześnie, pęcherzyki niosą ze sobą ładunek innych białek, np. cytokin i miRNA, które są w stanie indukować w komórkach akceptorowych fenotyp immunosupresyjny, doprowadzając do stanu tolerancji antygenowo-swoistej i zahamowaniu naturalnych mechanizmów obrony przed komórkami nowotworowymi. Nasze wyniki potwierdzają występowanie takiego zjawiska.
2. Tworzenie immunosupresyjnych egzosomów
Wyżej opisany proces wymiany informacji poprzez transport pęcherzykowy pozwala nowotworowi przetrwać w środowisku układu odpornościowego człowieka. Tę samą strategię można także zastosować w w celu odwrócenia niekorzystnego procesu – tworząc pęcherzyki których ładunek pozwoli na wyciszenie niechcianej immunosupresji. Taki efekt byłby pożądany np. w celu przeciwdziałania zjawisku odrzucenia przeszczepu, który często towarzyszy transplantacjom i wymaga podawania silnych leków immunosupresyjnych upośledzających cały układ odpornościowy pacjenta. Modyfikowane pęcherzyki które miałyby właściwości immunosupresyjne ale działające wybiórczo, czyli antygenowo-specyficznie byłyby doskonałym narzędziem pomocniczym w leczeniu chorób autoimmunologicznych czy wspomagając leczenie choroby przeszczep przeciw gospodarzowi.
3. Sygnałowanie i wydzielanie pęcherzyków zewnątrzkomórkowych w procesie zapalnym
Proces wydzielania pęcherzyków zewnątrz- komórkowych oraz ich ładunek jest ściśle regulowany i zależny od stanu w jakim znajdują się komórki układu odpornościowego. W przeszłości nasze badania pokazały że indukcja stanu zapalnego, jaka często towarzyszy infekcji czy chorobom auto- immunologicznym w zasadniczy sposób wpływa na wydzielanie pęcherzyków z makrofagów. W naszych badaniach dążymy do poznania tej zależności i zidentyfikowania szlaków sygnałowych które regulują pęcherzykowaniem oraz wpływają na zawartość pęcherzyków która stanowi o ich właściwościach. W szczególności staramy się ustalić jaką rolę w procesie pęcherzykowania odgrywa inflamasom NLRP3 i jego kanoniczna oraz niedawno odkryta niekanoniczna aktywacja.
4. Proteomika i transkryptomika pęcherzyków zewnątrzkomórkowych
We współpracy z Uniwersytetami w Helsinkach i Oslo prowadzimy także badania proteomiczne nad zmianami składu białkowego pęcherzyków za pomocą spektrometrii mas, analiz bioinformatycznych i biochemicznych które pozwalają ustalić jakie role w regulacji działania układu odpornościowego mogą odgrywać pęcherzyki wydzielane w procesie zapalnym. Informacje na temat składu białkowego mogą także być źródłem analiz dotyczących sygnałów regulujących ich wydzielaniem oraz ich właściwości w przesyle informacji międzykomórkowej.
5. Nowe metody oczyszczaniem populacji pęcherzykowych.
Pęcherzyki zewnątrzkomórkowe, w tym egzosomy, otrzymuje się z różnych płynów biologicznych – zarówno płynów ustrojowych jak i płynów po hodowli tkankowej. Niestety rozdzielenie populacji pęcherzyków (np. małych egzosomów od dużych mikropęcherzyków) nie jest łatwe i brakuje metod laboratoryjnych umożliwiających otrzymanie czystej populacji homogennych pęcherzyków, które mogłoby być stosowane w terapii. Nasze badania skupiają się także na opracowywaniu nowych metod oczyszczania egzosomów poprzez użycie wirowania w gradiencie gęstości, wytrącania z roztworu czy zastosowanie chromatografii wykluczenia. Weryfikacja czystości tak otrzymanych populacji odbywa się np. za pomocą obserwacji pod mikroskopem elektronowym, a także metodami biochemicznymi, takimi jak pomiary składu RNA oraz wybranych markerów RNA, białek, za pomocą metod żelowych i cytometrii przepływowej.
Kluszczyńska K, Czernek L, Cypryk W, Pęczek Ł, Düchler M. Methods for the determination of the purity of exosomes. Curr Pharm Des. 2019; 25 (42): 4464-85.
Düchler M, Czernek L, Peczek L, Cypryk W, Sztiller-Sikorska M, Czyz M. Melanoma-derived extracellular vesicles bear the potential for the induction of antigen-specific tolerance. Cells. 2019 Jul 2; 8(7). pii: E665.
Düchler M. Int”Dll”igent control of T-cell pathology in GVHD. Blood. 2018 Nov 15; 132(20):2112-2114.
Cypryk W, Nyman TA, Matikainen S. From inflammasome to exosome – does extracellular vesicle secretion constitute an inflammasome-dependent immune response? Front Immunol. 2018 Sep 25; 9:2188.
Nyman TA, Lorey MB, Cypryk W, Matikainen S. Mass spectrometry-based proteomic exploration of the human immune system: focus on the inflammasome, global protein secretion, and T cells. Expert Rev Proteomics. 2017 May; 14(5):395-407.
Wozniak M, Peczek L, Czernek L, Düchler M. Analysis of the miRNA profiles of melanoma exosomes derived under normoxic and hypoxic culture conditions. Anticancer Res. 2017 Dec; 37(12):6779-6789.
Czernek L, Düchler M. Functions of cancer-derived extracellular vesicles in immunosuppression. Arch Immunol Ther Exp (Warsz). 2017 Aug; 65(4):311-323.
Düchler M, Leszczyńska G, Sochacka E, Nawrot B. Nucleoside modifications in the regulation of gene expression: focus on tRNA. Cell Mol Life Sci. 2016 Aug; 73(16):3075-95.
Czernek L, Chworos A, Düchler M. The uptake of extracellular vesicles is affected by the differentiation status of myeloid cells. Scand J Immunol. 2015 Dec; 82(6):506-14.
Düchler M, Peczek L, Szubert M, Suzin J. Influence of hypoxia inducible factors on the immune microenvironment in ovarian cancer. Anticancer Res. 2014 Jun; 34(6):2811-9.
Gajos-Michniewicz A, Düchler M, Czyz M. MiRNA in melanoma-derived exosomes. Cancer Lett. 2014 May 28; 347(1):29-37.
Düchler M, Peczek L, Zuk K, Zalesna I, Jeziorski A, Czyz M. The heterogeneous immune microenvironment in breast cancer is affected by hypoxia-related genes. Immunobiology. 2014 Feb; 219(2):158-65.
Kierownik
dr hab. Marcus Düchler
Doktorzy
dr Liliana Czernek
dr Łukasz Pęczek
dr inż. Wojciech Cypryk
Doktoranci
mgr Katarzyna Kluszczyńska
