Prof. Krzysztof Liberek z Międzyuczelnianego Wydziału Biotechnologii Uniwersytetu Gdańskiego i Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego otrzymał Nagrodę Fundacji na rzecz Nauki Polskiej 2023 w obszarze nauk o życiu i o Ziemi za wykazanie roli białek opiekuńczych w odzyskiwaniu białek z agregatów i zwijaniu ich do aktywnej formy.

Krzysztof Liberek urodził się w 1958 roku w Gdańsku. Ukończył studia magisterskie z fizyki na Politechnice Gdańskiej (w 1982 roku), a doktorat z biologii molekularnej oraz habilitację z nauk biologicznych uzyskał na Uniwersytecie Gdańskim (odpowiednio w 1990 i 1996 roku). W latach 1990-1991 odbył staż podoktorski na Uniwersytecie Stanu Utah w USA, a kolejny w latach 1992-1993 na Uniwersytecie w Genewie w Szwajcarii. W 2002 roku uzyskał tytuł naukowy profesora. W 2006 roku został członkiem EMBO (organizacji zrzeszającej czołowych naukowców i promującej doskonałość w naukach o życiu w Europie i na świecie). Jest laureatem wielu nagród naukowych – m.in. trzykrotnie otrzymał Nagrodę Ministra Edukacji i Szkolnictwa Wyższego, trzykrotnie Nagrodę Rektora Uniwersytetu Gdańskiego (za najlepszą publikację) oraz Nagrodę Naukową Prezydenta Miasta Sopot (którego jest wieloletnim mieszkańcem). Laureat kilku grantów Komitetu Badań Naukowych, Ministerstwa Edukacji i Szkolnictwa Wyższego oraz Narodowego Centrum Nauki (w tym grantu Maestro w 2013), a także programu TEAM Fundacji na rzecz Nauki Polskiej (w roku 2009); kilkukrotny członek panelu oceniającego granty Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERC); recenzent w renomowanych czasopismach naukowych z obszaru biologii molekularnej.

Prof. Krzysztof Liberek może poszczycić się także sukcesami w kształceniu młodych naukowców: jest promotorem 17 obronionych prac doktorskich; czterech jego uczniów otrzymało stypendium START Fundacji na rzecz dla Nauki Polskiej,  a dwóch – Nagrodę Prezesa Rady Ministrów za najlepszą pracę doktorską. Obecnie kieruje Zakładem Biochemii Białek w Międzyuczelnianym Wydziale Biotechnologii UG i GUMed. Jego zainteresowania naukowe dotyczą struktury i mechanizmów działania białek opiekuńczych w różnych procesach komórkowych. W szczególności pracuje nad określeniem molekularnego mechanizmu współpracy między białkami opiekuńczymi zaangażowanymi w procesy odzyskiwania aktywnych białek z agregatów białkowych.

---

Prof. Krzysztof Liberek jest pionierem w dziedzinie badań molekularnych nad białkami opiekuńczymi. Nagrodę Fundacji na rzecz Nauki Polskiej 2023 otrzymał za wykazanie roli białek opiekuńczych w odzyskiwaniu białek z agregatów i zwijaniu ich do aktywnej formy.

Białka opiekuńcze są syntetyzowane w komórkach wszystkich znanych organizmów. Ich sekwencje aminokwasowe są konserwowane ewolucyjnie, co świadczy o ważności ich funkcji dla komórki. Są to białka, które m.in. odpowiadają za poprawne zwijanie się innych białek, zarówno w warunkach fizjologicznych, jak i w warunkach stresu. Dzięki temu białka uzyskują właściwą im strukturę przestrzenną, co jest niezbędne do tego, aby mogły pełnić swoje zadania w komórce. Białka opiekuńcze uczestniczą również w budowaniu kompleksów białkowych, nie wchodząc jednak w skład ich finalnej aktywnej struktury (stąd ich nazwa w języku angielskim molecular chaperone, czyli „molekularne przyzwoitki”), a ponadto zapobiegają agregacji innych białek, a także uczestniczą w odzyskiwaniu aktywnych białek z agregatów białkowych. Jest to niezwykle istotna funkcja, ponieważ zagregowane białka mogą być toksyczne dla komórki. Wiele dowodów wskazuje na to, że takie agregaty białkowe występują w przypadku niektórych chorób neurodegeneracyjnych (np. w chorobie Alzheimera). Niektóre z tych agregatów mogą być rozpuszczane w komórce przy udziale białek opiekuńczych.

Zrozumienie mechanizmów działania białek opiekuńczych jest bardzo istotne dla celów praktycznych – w medycynie, farmakologii i biotechnologii. Upraszczając, rola białek opiekuńczych polega na kontroli jakości stanu innych białek. Gdy wskutek zmiany sekwencji aminokwasów lub warunków zewnętrznych białka ulegają nieprawidłowemu zwinięciu (nie przyjmują prawidłowej struktury przestrzennej), białka opiekuńcze rozwijają „wadliwe” białko i pozwalają mu się powtórnie zwinąć do prawidłowej struktury. W procesie zwijania mogą uczestniczyć innego typu białka opiekuńcze. Jeśli taka reakcja „naprawcza” nie nastąpi i białko nadal jest źle zwinięte, białka opiekuńcze stymulują degradację tych nieprawidłowych białek. Robią więc wszystko, aby białka źle zwinięte nie akumulowały się w komórce, dzięki czemu zapobiegają tworzeniu się agregatów białkowych, co może prowadzić do stanów patologicznych. Takie dbanie o kondycję innych białek powoduje, że białka opiekuńcze odgrywają zasadnicze funkcje w ochronie komórek i całych organizmów przed niekorzystnymi warunkami środowiskowymi.

Prof. Krzysztof Liberek, stosując nowe techniki badawcze z zakresu biochemii i biofizyki, wykazał w cyklu pięciu prac opublikowanych w latach 2016-2021 i wyróżnionych Nagrodą FNP złożoność procesu, w którym białka opiekuńcze doprowadzają do odzyskiwania białek z agregatów białkowych i ich zwijania do aktywnej struktury przestrzennej. Pokazał, że obecność małych białek szoku cieplnego (sHsp) w czasie agregacji białek znacząco zmienia strukturę powstających agregatów białkowych, co ułatwia innym białkom opiekuńczym ich późniejszą efektywną dezagregację. Jeśli agregacja białek zachodzi w obecności sHsp, wtedy na pierwszym etapie procesu dezagregacji białka opiekuńcze (należące do rodziny Hsp70) usuwają sHsp z powierzchni agregatu, inicjując równocześnie rozwijanie białek wchodzących w skład agregatu. Rozwinięte częściowo białka ulegają, przy współudziale innych białek opiekuńczych należących do rodziny Hsp100, całkowitemu rozwinięciu i uwolnieniu z agregatu. Umożliwia to zwinięcie białek do prawidłowej struktury, która już nie oddziałuje z pozostającą resztą agregatu. Wielokrotne powtarzanie tego procesu prowadzi do całkowitego rozpuszczenia agregatu i odzyskania puli aktywnych białek.  Jeszcze w czasie pracy nad doktoratem Krzysztof Liberek odkrył, że białka należące do rodziny Hsp70 współdziałają z pomocniczymi  białkami opiekuńczymi należącymi do rodziny JDP. W cyklu prac będących podstawą przyznania Nagrody FNP prof. Liberek pokazał, monitorując w czasie rzeczywistym proces rozpuszczania agregatów, że białka JDP klasy B promują wiązanie białek Hsp70 do agregatów, co stymuluje proces dezagregacji. Aktywność białek JDP klasy A jest natomiast istotna w ochronie białek przed agregacją oraz w procesie ich zwijania do struktury natywnej. Odkrycie to wyjaśnia obserwowany od wielu lat przez biologów molekularnych fenomen, że w zależności od białek JDP, białka z rodziny Hsp70 mogą pełnić różne funkcje.

Odkrycia prof. Krzysztofa Liberka dotyczące mechanizmów działania białek opiekuńczych mają istotne implikacje biomedyczne. Między innymi mogą przyczynić się do zrozumienia molekularnych mechanizmów leżących u podstaw zaburzeń neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera, dotykająca coraz większą rzeszę ludzi na świecie (w Polsce to już ponad 350 tys. osób) i stanowiąca ogromne wyzwanie medyczne, społeczne i ekonomiczne.

 

Fot. Magdalena Wiśniewska-Krasińska

Cofnij