Głównym obszarem naszych badań jest morfologia neuronów, ponieważ kształt komórek nerwowych ma kluczowe znaczenie dla ich funkcjonowania. Aby lepiej zrozumieć mechanizmy molekularne rozwoju neuronów, badamy funkcje kinazy mTOR. Jednocześnie architektura neuronów zmienia się nie tylko w trakcie rozwoju, lecz także podczas starzenia oraz w procesach chorobowych zachodzących w mózgu dorosłego człowieka, m.in. w depresji. Dlatego w ostatnich latach koncentrujemy się również na mechanizmach stabilizacji dendrytów i ich zaburzeniach w dojrzałym układzie nerwowym. 

Podsumowanie badań 

Od początku istnienia laboratorium badamy rolę kinazy mTOR w neuronach, szczególnie w kontekście rozwoju układu nerwowego. Zaburzenia aktywności mTOR prowadzą do chorób neurorozwojowych, takich jak stwardnienie guzowate. mTOR jest centralnym regulatorem metabolizmu komórkowego: integruje informacje o stanie energetycznym komórki, dostępności aminokwasów oraz sygnałach zewnętrznych, w tym czynnikach troficznych. 

W ostatnich latach nasze badania obejmowały zależne od mTOR procesy, takie jak translacja, transkrypcja, autofagia i transport wewnątrzkomórkowy. Wszystkie te procesy są istotne dla prawidłowego rozwoju i funkcjonowania neuronów. Obecnie szczególną uwagę poświęcamy funkcjom mTOR w jądrze komórkowym - lokalizacji niekanonicznej i nadal słabo poznanej. Wykazaliśmy, że w neuronach mTOR gromadzi się w jądrze komórkowym w odpowiedzi na zwiększoną aktywność neuronalną. 

Równolegle badamy mechanizmy odpowiedzialne za stabilność morfologii dojrzałych neuronów. W tym obszarze zidentyfikowaliśmy mTOR jako jedno z kluczowych białek regulujących ten proces. Odkryliśmy także nowe białka zaangażowane w stabilizację architektury neuronalnej, w tym ITPKA, którego funkcje molekularne w tym kontekście są obecnie przedmiotem naszych badań. 

Wpływ naukowy

• Wykazanie, że zahamowanie aktywności mTOR poprzez aktywację autofagii reguluje transport lizosomów wzdłuż mikrotubul. 
• Identyfikacja dilazepu i penbutololu jako kandydatów na związki o potencjalnym działaniu przeciwdepresyjnym; zgłoszenie patentowe jest w toku. 
• Rozwijanie wiedzy o niekanonicznych funkcjach mTOR w jądrze komórkowym neuronów. 
• Identyfikacja nowych białek zaangażowanych w stabilizację i destabilizację dendrytów w dojrzałym układzie nerwowym. 

Plany badawcze

Naszym najważniejszym celem na kolejne lata jest kompleksowa charakterystyka funkcji jądrowego mTOR w rozwoju, fizjologii i patologii mózgu. Chcemy ustalić, w jaki sposób ta niekanoniczna pula mTOR wpływa na funkcjonowanie neuronów oraz jak jej zaburzenia mogą przyczyniać się do chorób układu nerwowego. 

Równolegle będziemy kontynuować badania nad mechanizmami molekularnymi kontrolującymi stabilność dendrytów i ich destabilizację w dorosłym układzie nerwowym, szczególnie w kontekście depresji i innych zaburzeń, w których dochodzi do zmian architektury neuronalnej.

Współprace

Nasi kluczowi współpracownicy to prof. Kathrin Thedieck, prof. Sergiusz Jóźwiak, prof. Katarzyna Kotulska, prof. David Kwiatkowski, prof. Eleonora Aronica, prof. Leszek Kaczmarek i prof. Ewelina Knapska. Wspólnie badamy, jak mechanizmy molekularne przekładają się na cechy kliniczne stwardnienia guzowatego oraz depresji i jak tę wiedzę można wykorzystać, aby pomóc pacjentom. 

Nagrody i wyróżnienia 

Najważniejsze Nagrody z ostatnich 10 lat to: 

2021 - Nagroda Wydziału II Nauk Biologicznych Polskiej Akademii Nauk za cykl publikacji dotyczących mTOR i nowych celów terapeutycznych w stwardnieniu guzowatym
2020 - Nagroda Prezesa Rady Ministrów za osiągnięcie naukowe
2025 - wybór do Polskiej Akademii Nauk
2024 - Nagroda Herberta Reisnera za badania, które wykazały nową potencjalną terapię stwardnienia guzowatego. 
2023 - wybór do Europejskiej Organizacji Biologii Molekularnej

Komentarz

"Nasze badania skupiają się na molekularnym podłożu rozwoju i stabilności sieci neuronalnych. W szczególności koncentrujemy się na molekularnych funkcjach białka mTOR, co może umożliwić lepszą diagnostykę i potencjalną terapię mTORopatii, czyli chorób wywołanych nadaktywnością mTOR." - prof. Jacek Jaworski 

Rat hippocampal neurons cultured in vitro. Immunofluorescence labeling shows GluA1 in green, Bassoon in red, and cell nuclei in blue. Illustration by Karolina Protokowicz.