LABORATORIUM METABOLIZMU BIAŁEK

dr hab. Wojciech Pokrzywa

Kim jesteśmy

Jesteśmy laboratorium badawczym zlokalizowanym w Międzynarodowym Instytucie Biologii Molekularnej i Komórkowej w Warszawie, jednej
z najlepszych instytucji badawczych w Polsce.

Skupiamy się na mechanizmach metabolizmu białek - utrzymaniu równowagi pomiędzy ich syntezą a degradacją. Badamy regulację translacji, układ ubikwityna-proteasom, sieć chaperonów oraz egzofery mięśniowe w proteostazie. Jednakże czasem intrygują nas tematy spoza tej listy.

W naszym laboratorium wykorzystujemy techniki biochemiczne, mikroskopowe, genetyki molekularnej i bioinformatyczne do prowadzenia badań na komórkach ssaczych i nicieniu Caenorhabditis elegans.

Badania

Scheme of impact of cold on transcriptome and proteome
Adaptacja komórek do zimna

Aby przeciwdziałać zimnu, organizmy wykształciły różne rodzaje reakcji, od unikania zimna po adaptację. Tę ostatnią strategię stosują zwierzęta hibernujące, które w skrajnych przypadkach mogą przetrwać mroźne temperatury przez wiele dni. Skupiamy się na rozszyfrowaniu mechanizmów zmieniających ilość i rodzaje komórkowego RNA i białek, ponieważ tego typu cząsteczki są krytyczne dla decyzji "żyć albo umrzeć" komórki. Ponieważ w niektórych stanach chorobowych, takich jak udar mózgu, chłodzenie może ułatwić powrót pacjenta do zdrowia, zrozumienie, w jaki sposób komórki przystosowują się do zimna, może potencjalnie wpłynąć na leczenie chorób człowieka.

Scheme of myosin assembly
Mechanizmy składania miozyny wywołane stresem

Niewiele wiadomo na temat regulacji specyficznych dla mięśni programów odpowiedzi, które koordynują kontrolę jakości białek w warunkach stresu mechanicznego i w chorobach człowieka. Stworzyliśmy zestaw metod eksperymentalnych skoncentrowanych na Caenorhabditis elegans w celu dogłębnego zbadania mechanizmów indukcji stresu przez miozynę. Długoterminowym celem tego projektu jest zrozumienie, w jaki sposób sieci fałdowania i degradacji białek są skoordynowane z dynamiką składania miozyny, integralnością mięśni i ich naprawą w kontekście stresu mechanicznego. 

Scheme of methionine metabolism
Regulacja metabolizmu metioniny przez układ ubikwityna-proteasom

Metylacja to modyfikacja, której ulegają różne cząsteczki komórkowe, od kwasów nukleinowych przez białka po lipidy. Ma ona kluczowe znaczenie dla regulacji wielu procesów biologicznych, w tym ekspresji genów, sygnalizacji, syntezy białek i metabolizmu lipidów. Długoterminowym celem tego projektu jest zrozumienie, jak system ubikwityna-proteasom moduluje potencjał metylacji komórek. Wrodzone zaburzenia metylacji są grupą rzadko opisywanych i prawdopodobnie w dużej mierze nierozpoznanych zaburzeń obejmujących procesy transmetylacji. Modelujemy te ludzkie choroby na Caenorhabditis elegans, aby zrozumieć podstawy molekularne zaangażowane w dysfunkcję enzymów szlaku metylacji i ich wpływ na fizjologię.

Scheme of muscular exopheresis
Mechanizmy egzoferezy mięśniowej

Odkryliśmy, że duże pęcherzyki pozakomórkowe, zwane egzoferami, które występują w neuronach i kardiomiocytach i przenoszą uszkodzone składniki subkomórkowe, są uwalniane przez mięśnie w celu wspierania wzrostu embrionalnego u Caenorhabditis elegans. Nasze wyniki pokazują, że tworzenie egzofer (egzofereza) stanowi transgeneracyjny system zarządzania metabolizmem/zasobami, który wspiera zarodki in utero. Obecnie badamy mechanizm powstawania egzofer i regulację egzoferezy na poziomie molekularnym. 

Schema of E3 ligase complex
Kompleksy ligaz E3 w integracji proteostazy i starzenia się

Los białek eukariotycznych od ich syntezy do zniszczenia nadzorowany jest przez system ubikwityna-proteasom (UPS). Współpraca ligaz E3, istotnych składników UPS rozpoznających uszkodzone lub źle sfałdowane białka, może prowadzić do tworzenia alternatywnych struktur ubikwitynacji, które pomagają w regulacji specyficzności substratów. Badamy, jak specyficzne pary ligaz E3 decydują o rekrutacji substratów i tworzeniu łańcuchów ubikwitynowych w celu koordynacji sieci proteolitycznych. Zrozumienie funkcji i identyfikacja sygnałów, które koordynują interakcje między ligazami E3, dostarczy informacji o tym, jak sieci proteolityczne są dostrojone do utrzymania proteostazy komórkowej w zdrowiu i chorobie.


Aktualności

Listopad 2022 | Publikacja nowego preprintu

Putative degron sites in filaggrin protein

Wraz z grupą dr hab. Danuty Owsiak-Gutowskiej z Uniwersytetu Gdańskiego opublikowaliśmy preprint, w którym uchylamy rąbka tajemnicy na temat szlaków degradacji filagryny, białka istotnego w patogenezie atopowego zapalenia skóry.

W naszym artykule pokazujemy udział proteasomu w degradacji filagryny oraz opisujemy potencjalne miejsca degronowe tego białka oraz ich wpływ na zmutowane warianty filagryny związane z chorobą.

Listopad 2022 | Fulbrighter
z naszego laboratorium

Fulbright cover

Serdecznie gratulujemy naszej doktorantce Natalii otrzymania prestiżowej nagrody Fulbright Junior Research Award na pobyt badawczy w Dana-Farber Cancer Institute w Bostonie.

Listopad 2022 | Publikacja nowego artykułu

Aldicarb sensitivity assay

Jest nam niezmiernie miło, że nasza współpraca z Prof. Rafałem Płoskim z Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego oraz Prof. Marią Mazurkiewicz-Bełdzińską z Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego zaowocowała wspólną publikacją, w której wiążemy niescharakteryzowaną chorobę neurologiczną z ultra rzadką mutacją w ligazie ubikwityny FEM1C


W naszym artykule przedstawiamy pierwsze dowody z modelu zwierzęcego, nicienia Caenorhabditis elegans, sugerujące, że mutacja w konserwowanej pozycji FEM1C Asp126 powoduje zaburzenia neurorozwojowe u ludzi.

Październik 2022 | Nasza obecność na Kongresie Chorób Rzadkich

Wojciech presenting at the Rare Disease Congres

Jesteśmy bardzo wdzięczni za zaproszenie na Kongres Chorób Rzadkich w Krakowie od Fundacji Jesteśmy Pod Ścianą, organizacji pozarządowej wspierającej pacjentów z chorobami rzadkimi. Kierownik laboratorium, Wojciech, oraz doktorantka, Natalia, zaprezentowali nasze badania nad niescharakteryzowanym zaburzeniem neurorozwojowym spowodowanym ultrarzadką mutacją w ligazie ubikwityny FEM1C oraz nad pląsawicą-akantocytozą. Mamy nadzieję, że nasze badania przyczynią się do lepszego zrozumienia mechanizmów molekularnych leżących u podstaw tych chorób.

Październik 2022 | Nasza obecność na konferencji FNP

Wojciech na konferencji FNP

Kierownik laboratorium, Wojciech, zaprezentował plakat dotyczący naszych badań, które trafiły na okładkę prestiżowego czasopisma EMBO Journal, podczas 4. Interdyscyplinarnej Konferencji FNP, organizowanej przez naszego grantodawcę - Fundację na rzecz Nauki Polskiej. Jesteśmy bardzo wdzięczni za przyznane fundusze, które umożliwiły nam prowadzenie badań oraz mamy nadzieję na kolejne ekscytujące odkrycia.

Wrzesień 2022 | Wykład na 26. Festiwalu Nauki w Warszawie

Science Festival in Warsaw

Podobnie jak w zeszłym roku, mieliśmy przyjemność uczestniczyć w Festiwalu Nauki w Warszawie, uznanym wydarzeniu popularyzującym naukę w Polsce. Odsłoniliśmy część tajemnic Caenorhabditis elegans i omówiliśmy jego rolę w badaniach nad starzeniem się. Uczniowie mieli również okazję sprawdzić swoją wiedzę w przygotowanym przez nas quizie z nagrodami.

Mamy nadzieję, że przekazaliśmy słuchaczom część naszej fascynacji tym maleńkim stworzeniem, a nasz wykład przybliżył złożone mechanizmy starzenia i rolę Caenorhabditis elegans w ich badaniu.

Wrzesień 2022 | Obrona pracy magisterskiej

Konrad after his defence

Gratulacje dla naszego magistranta Konrada z okazji ukończenia studiów magisterskich na kierunku Biotechnologia na Uniwersytecie Warszawskim!

Konrad napisał pracę magisterską na temat roli ludzkiej ligazy ubikwitynowej CHIP w odbudowie białek nukleolarnych po stresie cieplnym i był współautorem naszego ostatniego preprintu. Jesteśmy z Ciebie bardzo dumni i życzymy Ci wielu kolejnych sukcesów!

Wrzesień 2022 | Nowy grant przyznany

Logo of the Ministry of Education and Science

Z przyjemnością informujemy, że otrzymaliśmy grant Społeczna Odpowiedzialność Nauki od Ministerstwa Edukacji i Nauki na opracowanie edukacyjnej gry komputerowej o procesach degradacji białek w komórce.


Wierzymy, że nauka powinna wychodzić ze swojej "wieży z kości słoniowej" i być powszechnie dostępna, dlatego celem proponowanej gry komputerowej będzie wyjaśnienie, jak komórki utrzymują homeostazę białek i dlaczego jej zaburzenie może prowadzić do chorób. Stay tuned!

Wrzesień 2022 | Nasza obecność
na konferencji dot. C. elegans

Worm Meeting Basel

Katarzyna, nasza doktorantka, wygłosiła referat na temat naszego wkrótce ukazującego się artykułu o egzoferezie mięśniowej u Caenorhabditis elegans na Basel Worm Meeting.

Jesteśmy zachwyceni, że wykład wzbudził duże zainteresowanie społeczności robaków i nie możemy się doczekać publikacji naszego artykułu.

Publikacje

2022

In silico analysis of the profilaggrin sequence indicates alterations in the stability, degradation route, and intracellular protein fate in filaggrin null mutation carriers
Paul A.A., Szulc N.A., Kobiela A., Brown S.J., Pokrzywa W.* & Owsiak-Gutowska D.*
Research Square
doi: 10.21203/rs.3.rs-2302890/v1

A novel de novo FEM1C variant is linked to neurodevelopmental disorder with absent speech, pyramidal signs, and limb ataxia
Dubey A.A., Krygier M., Szulc N.A., Rutkowska K., Kosinska J., Pollak A., Rydzanicz M., Kmiec T., Mazurkiewicz-Beldzinska M., Pokrzywa W.* & Ploski R.*
Human Molecular Genetics
doi: 10.1093/hmg/ddac276

A dimer-monomer sw itch controls CHIP-dependent substrate ubiquitylation and processing
Balaji V., Müller L., Lorenz R., Kevei E., Zhang W.H., Santiago U., Gebauer J., Llamas E., Vilchez D., Camacho C.J., Pokrzywa W. & Hoppe T.
Molecular Cell
doi: 10.1016/j.molcel.2022.08.003 

Ferritin-mediated iron detoxification promotes hypothermia survival in Caenorhabditis elegans and murine neurons
Pekec T., Lewandowski J., Komur A.A., Sobańska D., Guo Y., Świtońska-Kurkowska K., Małecki J.M., Dubey A.A., Pokrzywa W, Frankowski M., Figiel M. & Ciosk R.
Nature Communications
doi: 10.1038/s41467-022-32500-z 

A heterotypic assembly mechanism regulates CHIP E3 ligase activity
Das, A., Thapa, P., Santiago, U., Shanmugam, N., Banasiak, K., Dabrowska, K., Nolte, H., Szulc, N.A., Gathungu, R. M., Cysewski, D., Krueger, M., Dadlez, M., Nowotny, M., Camacho, C. J., Hoppe, T., & Pokrzywa, W.*
EMBO Journal
doi: 10.15252/embj.2021109566 

fingeRNAt - a novel tool for high-throughput analysis of nucleic acid-ligand interactions
Szulc, N.A.*, Mackiewicz, Z., Bujnicki, J.M., & Stefaniak F.
PLOS Computational Biology
doi: 10.1371/journal.pcbi.1009783 

DEGRONOPEDIA - a web server for proteome-wide inspection of degrons
Szulc N.A.*, Stefaniak F., Piechota M., Cappannini A., Bujnicki J.M. & Pokrzywa W.*
bioRxiv
doi: 10.1101/2022.05.19.492622 

CHIP ubiquitin ligase is involved in the nucleolar stress management
Piechota M.*, Biriczova L., Kowalski K., Szulc N.A. & Pokrzywa W.*
bioRxiv
doi: 10.1101/2022.05.17.492288

A novel de novo FEM1C variant is linked to neurodevelopmental disorder with absent speech, pyramidal signs, and limb ataxia
Dubey A.A., Krygier M., Szulc N.A., Rutkowska K., Kosinska J., Pollak A., Rydzanicz M., Kmiec T., Mazurkiewicz-Beldzinska M., Pokrzywa W.* & Ploski R.*
bioRxiv
doi: 10.1101/2022.04.24.489208

Impaired iron recycling from erythrocytes is an early iron-dependent hallmark of aging
Mandal, P. K., Slusarczyk P., Zurawska G., Cybulska M., Krawczyk O., Mikula M., Herman S., Lenartowicz M., Serwa R., Pokrzywa W., & Mleczko-Sanecka K.
bioRxiv
doi: 10.1101/2022.01.16.476518 

2021

fingeRNAt - a novel tool for high-throughput analysis of nucleic acid-ligand interactions
Szulc, N.A.*, Mackiewicz, Z., Bujnicki, J.M., & Stefaniak F.
bioRxiv
doi: 10.1101/2021.12.23.474073 

Heterotypic assembly mechanism regulates CHIP E3 ligase activity
Das, A., Thapa, P., Santiago, U., Shanmugam, N., Banasiak, K., Dabrowska, K., Nolte, H., Szulc, N.A., Gathungu, R. M., Cysewski, D., Krueger, M., Dadlez, M., Nowotny, M., Camacho, C. J., Hoppe, T., & Pokrzywa, W.*
bioRxiv
doi: 10.1101/2021.08.20.457118 

Muscle-derived exophers promote reproductive fitness
Turek, M., Banasiak, K., Piechota, M., Shanmugam, N., Macias, M., Śliwińska, M. A., Niklewicz, M., Kowalski, K., Nowak, N., Chacinska, A., & Pokrzywa, W.*
EMBO reports
doi: 10.15252/embr.202052071 

Maintaining proteostasis under mechanical stress
Höhfeld, J., Benzing, T., Bloch, W., Fürst, D.O., Gehlert, S., Hesse, M., Hoffmann, B., Hoppe, T., Huesgen, P.F., Köhn, M., Kolanus, W., Merkel, R., Niessen, C. M., Pokrzywa, W., Rinschen, M.M., Wachten, D., & Warscheid, B.
EMBO reports
doi: 10.15252/embr.202152507 

The dose-dependent pleiotropic effects of the UBB+1 ubiquitin mutant
Banasiak, K., Szulc, N.A., & Pokrzywa, W.*
Frontiers in Molecular Biosciences
doi: 10.3389/fmolb.2021.650730 

2020

The ubiquitin-conjugating enzyme UBE2K determines neurogenic potential through histone H3 in human embryonic stem cells
Fatima, A., Irmak, D., Noormohammadi, A., Rinschen, M.M., Das, A., Leidecker, O., Schindler, C., Sánchez-Gaya, V., Wagle, P., Pokrzywa, W., Hoppe, T., Rada-Iglesias, A., & Vilchez, D.
Communications Biology
doi: 10.1038/s42003-020-0984-3 

Ubiquitin signaling regulates RNA biogenesis, processing, and metabolism
Thapa, P., Shanmugam, N., & Pokrzywa, W.*
BioEssays
doi: 10.1002/bies.201900171

CHIP ubiquitylates NOXA and induces its lysosomal degradation in response to DNA damage
Albert, M.-C., Brinkmann, K., Pokrzywa, W., Günther, S. D., Krönke, M., Hoppe, T., & Kashkar, H.
Cell Death & Disease
doi: 10.1038/s41419-020-02923-x 

Bioshell 3.0: Library for processing structural biology data
Macnar, J.M., Szulc, N.A., Kryś, J.D., Badaczewska-Dawid, A.E., & Gront, D.
Biomolecules
doi: 10.3390/biom10030461 

Pathogenic variants in the myosin chaperone UNC-45B cause progressive myopathy with eccentric cores
Donkervoort, S., Kutzner, C. E., Hu, Y., Lornage, X., Rendu, J., Stojkovic, T., Baets, J., Neuhaus, S.B., Tanboon, J., Maroofian, R., Bolduc, V., Mroczek, M., Conijn, S., Kuntz, N. L., Töpf, A., Monges, S., Lubieniecki, F., McCarty, R. M., Chao, K. R., Governali, S., Böhm, J., Boonyapisit, K., Malfatti, E., Sangruchi, T., Horkayne-Szakaly, I., Hedberg-Oldfors, C., Efthymiou, S., Noguchi, S., Djeddi, S., Iida, A., di Rosa, G., Fiorillo, C., Salpietro, V., Darin, N., Faure, J., Houlden, H., Oldfors, A., Nishino, I., de Ridder, W., Straub, V., Pokrzywa, W., Laporte, J., Foley, R., Romero, N.B., Ottenheijm, C., Hoppe, T., & Bönnemann, C.G.
The American Journal of Human Genetics
doi: 10.1016/j.ajhg.2020.11.002 

2018

Ubiquitylation pathways in insulin signaling and organismal homeostasis
Balaji, V., Pokrzywa, W., & Hoppe, T.
BioEssays
doi: 10.1002/bies.201700223 

The ubiquitin ligase UBR5 suppresses proteostasis collapse in pluripotent stem cells from Huntington’s disease patients
Koyuncu, S., Saez, I., Lee, H. J., Gutierrez-Garcia, R., Pokrzywa, W., Fatima, A., Hoppe, T., & Vilchez, D.
Nature Communications
doi: 10.1038/s41467-018-05320-3 

2017

Chaperone-directed ubiquitylation maintains proteostasis at the expense of longevity
Pokrzywa, W., Lorenz, R., & Hoppe, T.
Worm
doi: 10.1080/21624054.2017.137140 

CHIPped balance of proteostasis and longevity
Pokrzywa, W., & Hoppe, T.
Oncotarget
doi: 10.18632/oncotarget.22101 

Repair or destruction - an intimate liaison between ubiquitin ligases and molecular chaperones in proteostasis
Kevei, É., Pokrzywa, W., & Hoppe, T.
FEBS Letters
doi: 10.1002/1873-3468.12750 

Sprzęt

W naszym laboratorium, oprócz standardowego wyposażenia i ekspresu do kawy, posiadamy kilka najnowocześniejszych instrumentów badawczych do analizy robaków i białek, w tym:

WormLab® Imaging System

ScreenChip™ System

wMicroTracker

CherryTemp

ZEISS Axio Zoom.V16 Fluorescence Microscope

ÄKTA Go Protein Purification System


Granty

Logos of funding agencies
Otwarte granty
OpenClose
Zamknięte granty
OpenClose

Zespół

Kierownik laboratorium

Photo of Dr. Wojciech Pokrzywa

dr hab. Wojciech Pokrzywa

Podczas swoich studiów doktoranckich na Katolickim Uniwersytecie w Louvain w Belgii, Wojciech Pokrzywa badał funkcję systemu ubikwityna-proteasom w regulacji lokalizacji białek błonowych u drożdży. W 2009 roku dołączył do laboratorium Prof. Thorstena Hoppe na Uniwersytecie w Kolonii w Niemczech, gdzie badał mechanizmy proteostazy podczas rozwoju i starzenia u Caenorhabditis elegans

W połowie 2017 roku założył w Warszawie własną grupę badawczą zajmującą się mechanizmami regulacji metabolizmu białek.

Pracownicy

Photo of lab members

Starsi badacze

Dr Małgorzata Piechota


post-dokowie

Dr Abhishek Dubey

Specjaliści ds. wsparcia laboratoryjnego 

Dr Anna Grabowska

Marta Niklewicz

Lilla Biriczová

Konrad Kowalski

doktoranci

Aniruddha Das

Pankaj Thapa

Pratik Kumar Mandal

Katarzyna Banasiak

Natalia Szulc

Anwesha Sarkar

Dołącz do Nas

Interesują Cię molekularne mechanizmy proteostazy? Szukasz pasjonującej grupy naukowców z wyjątkowo przyjazną atmosferą pracy? Dlaczego nie dołączysz do naszego zespołu?

Nieustannie poszukujemy zmotywowanych osób chętnych do prowadzenia badań w naszej grupie. Jeśli jesteś zainteresowany możliwościami zatrudnienia w przyszłości, prześlij nam swoje CV.

Jeśli spełniasz warunki, zachęcamy do kontaktu z kierownikiem laboratorium - Wojciechem Pokrzywą i złożenia wniosku o grant POLONEZ BIS.


Kontakt

Kierownik laboratorium

Dr hab. Wojciech Pokrzywa

Tel: +48 22 597 07 43
E-mail: wpokrzywa@iimcb.gov.pl

Menedżer laboratorium

Dr Anna Grabowska

Tel: +48 22 597 07 77
E-mail: agrabowska@iimcb.gov.pl

Adres

Laboratorium Metabolizmu Białek

Międzynarodowy Instytut Biologii Molekularnej
i Komórkowej w Warszawie

Ks. Trojdena 4

02-109 Warszawa

IIMCB logo