Doktor habilitowana nauk medycznych i nauk o zdrowiu, Halina Jurkowska, adiunkt w Katedrze Biochemii Lekarskiej Uniwersytetu Jagiellońskiego Collegium Medicum przeprowadza badania nad komórkami nowotworowymi, a konkretnie zajmuje się modulowaniem metabolizmu aminokwasu siarkowego L-cysteiny na szlaku jej tlenowych i beztlenowych przemian w komórkach. Wyniki tych badań przełożyć się mogą na zrozumienie procesów zachodzących wewnątrz komórek nowotworowych, a co za tym idzie przyczynić się do opracowania skutecznych metod leczenia chorób.
Prace nad badaniem komórek nowotworowych dr hab. Halina Jurkowska rozpoczęła już w trakcie studiów na kierunku biologia Wydziału Biologii i Nauk o Ziemi Uniwersytetu Jagiellońskiego w Zakładzie Biochemii Instytutu Biologii Molekularnej, podczas przygotowywania pracy magisterskiej, zatytułowanej „Wpływ taksolu na żywotność i proliferację ludzkich komórek nowotworowych: A549 i U373”. Badania, przeprowadzone pod kierunkiem promotora prof. dr hab. Andrzeja Kleina zaowocowały dyplomem z wyróżnieniem magistra biologii ze specjalnością biologia molekularna.
Tytuł magistra był zaledwie pierwszym krokiem na długiej ścieżce kariery naukowej dr hab. Haliny Jurkowskiej. Po ukończeniu studiów podjęła pracę na Uniwersytecie Jagiellońskim Collegium Medicum w Katedrze Biochemii Lekarskiej w zespole kierowanym przez prof. dr hab. Marię Wróbel.
Od początku pracy zawodowej rozpoczętej w roku 2000 dr hab. Halina Jurkowska prowadzi badania naukowe nad metabolizmem aminokwasu L-cysteiny w tkankach ssaków oraz hodowlach komórkowych- na ustalonych liniach ludzkich komórek nowotworowych oraz izolowanych przez nią mysich astrocytach (komórkach gwiaździstych występujących w ośrodkowym układzie nerwowym) i hepatocytach (komórkach będących podstawowym elementem strukturalnym miąższu wątroby). Wyniki przeprowadzonych badań zaowocowały uzyskaniem w 2008 roku na Wydziale Lekarskim Uniwersytetu Jagiellońskiego Collegium Medicum stopnia doktora nauk biologicznych. Praca doktorska, zatytułowana „Wpływ desulfuracyjnych przemian cysteiny na proliferację prawidłowych i nowotworowych komórek mózgu”, której promotorem była prof. dr hab. Maria Wróbel ukazała wagę prowadzonych w tym kierunku badań i przyczyniła się do dalszego rozwoju kariery naukowej i uzyskania w roku 2019 stopnia doktora habilitowanego nauk medycznych i nauk o zdrowiu za osiągnięcie naukowe „Modulacja tlenowych i beztlenowych przemian L-cysteiny w hodowlach komórkowych”.
Kariera naukowa dr hab. Haliny Jurkowskiej to nie tylko badania prowadzone na Uniwersytecie Jagiellońskim Collegium Medicum. W latach 2012-2013 w ramach stypendium otrzymanego z Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego w ramach programu „Mobilność Plus” dr hab. Halina Jurkowska wyjechała do Stanów Zjednoczonych, by na Uniwersytecie Cornella w Ithace w stanie Nowy Jork realizować projekt naukowy zatytułowany „Desulfuracyjne przemiany cysteiny w warunkach braku jej utleniania z powodu genetycznie uwarunkowanego niedoboru dioksygenazy cysteinowej. Stan zapalny a siarkowodór”. Jako członek zespołu badawczego kierowanego przez Profesor Martę H. Stipanuk, światowego eksperta w dziedzinie badań nad metabolizmem L-cysteiny, dr hab. Halina Jurkowska zdobyła doświadczenie metodyczne i wiedzę, którą z powodzeniem wykorzystuje podczas badań naukowych przeprowadzanych już po powrocie do kraju.
Badania w służbie medycyny
L-Cysteina jest aminokwasem siarkowym i jest niezbędna do syntezy zredukowanego glutationu, ważnego endogennego antyoksydanta – czyli przeciwutleniacza – w naszym organizmie, a także białek oraz metabolizowana jest w tlenowym i beztlenowym szlaku przemian. Tlenowe przemiany L-cysteiny w komórkach zależne są od aktywności dioksygenazy cysteinowej i prowadzą do powstania hipotauryny, tauryny lub siarczanu. Z kolei beztlenowe (desulfuracyjne) przemiany L-cysteiny są w komórkach źródłem siarkowodoru oraz związków zawierających siarkę sulfanową. Siarka sulfanowa występuje w komórkach w formie nadsiarczków, polisiarczków, tiosiarczanu i jako siarka elementarna. W przemianach tych uczestniczą enzymy: transferaza siarkowa 3-merkaptopirogronianu (MPST), rodanaza (TST, transferaza siarkowa tiosiarczanu), γ-cystationaza (CTH, γ-liaza cystationinowa) oraz beta-syntaza cystationinowa (CBS).
Związki zawierające siarkę sulfanową oraz siarkowodór mają istotne znaczenie w przebiegu wielu chorób, w tym chorób nowotworowych, kardiologicznych czy neurodegeneracyjnych. Wiele badanych komórek nowotworowych charakteryzuje się niskim poziomem siarki sulfanowej w porównaniu do komórek prawidłowych. Badania wskazują, że kontrola komórkowego stężenia L-cysteiny może mieć ważne znaczenie dla właściwej regulacji poziomu siarkowodoru i tiosiarczanu (produkt utleniania siarkowodoru) oraz siarki sulfanowej w komórkach.
Celem badań dotyczących przemian L-cysteiny w ramach realizowanych przez dr hab. Halinę Jurkowską projektów było znalezienie odpowiedzi na pytania czy i w jaki sposób zmienia się zarówno tlenowy jak i beztlenowy metabolizm L-cysteiny w komórkach, w odpowiedzi na dostarczanie związków zawierających siarkę sulfanową i propargylglicyny, a także czy zmiany powiązane są ze zmianami stanu redox i proliferacji komórek oraz jakie mechanizmy są z tym związane.
– W oparciu o przeprowadzone przeze mnie wieloletnie badania dotyczące modulowania tlenowych i beztlenowych przemian L-cysteiny na hodowlach komórkowych mogę powiedzieć, że stosowanie prekursorów L-cysteiny (takich jak N-acetylocysteina, rybozocysteina, metionina, homocysteina), naturalnych donorów siarki sulfanowej i siarkowodoru (trisiarczek diallilu- składnik ekstraktu czosnku, izotiocyjanian 4-hydroksybenzylu- związek otrzymywany z gorczycy białej), oraz propargylglicyny, znanej nie tylko jako inhibitor γ-cystationazy, ale również jak pokazują wyniki moich badań – hamującej też tlenowe przemiany L-cysteiny, ma istotny wpływ na nasilenie tempa desulfuracyjnych przemian L-cysteiny w komórkach. Efekt działania tych związków jest wielokierunkowy – od zmian poziomu metabolitów takich jak hipotauryna, tauryna, cystationina, homocysteina, glutation, do wpływu na proliferację i stan oksydacyjny komórek poprzez zmianę poziomu: siarkowodoru, tiosiarczanu, siarki sulfanowej, transferaz siarkowych oraz białek cyklu komórkowego i białka Bcl-2 – mówi dr hab. Halina Jurkowska.
Obecnie dr hab. Halina Jurkowska realizuje projekt „Modulowanie ekspresji beta-syntazy cystationinowej i dioksygenazy cysteinowej w ludzkich komórkach nowotworowych mózgu”. Projekt finansowany jest z środków pochodzących z subwencji Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego na utrzymanie i rozwój potencjału badawczego Wydziałów Uniwersytetu Jagiellońskiego – Collegium Medicum.
Beta-syntaza cystationinowajest enzymem biorącym udział zarówno w procesie transulfuracji, jak i desulfuracyjnych przemianach L-cysteiny. Dioksygenaza cysteinowa z kolei odgrywa kluczową rolę w tlenowym metabolizmie tego aminokwasu. Oba te wymienione enzymy, są enzymami zależnymi od jonów żelaza. Beta-syntaza cystationinowa jest również jednym z enzymów, których kofaktorem, czyli związkiem chemicznym niezbędnym enzymom w procesie katalizy jest fosforan pirydoksalu, pochodna witaminy B6.
Badania prowadzone są na ludzkich komórkach nowotworowych mózgu o różnym stopniu złośliwości: 1321N1 (astrocytoma, II stopień złośliwości) oraz T98G (glioblastoma multiforme, IV stopień złośliwości). Celem tych badań jest znalezienie odpowiedzi na pytanie w jaki sposób modulowanie ekspresji beta-syntazy cystationinowej i dioksygenazy cysteinowej, poprzez hodowanie komórek w obecności fosforanu pirydoksalu, oraz tiosiarczanu sodu (donora siarki sulfanowej) i izotiocyjanianu 4-hydroksybenzylu (donora siarkowodoru), a także inhibitora beta-syntazy cystationinowej jakim jest kwas aminooksyoctowy wpływa na procesy zachodzące w mitochondriach tych komórek a w efekcie na stan redox i zdolność proliferacji (namnażania) ludzkich komórek nowotworowych mózgu różniących się stopniem złośliwości – 1321N1 i T98G.
– Interesujące jest także znalezienie odpowiedzi na pytanie jak na skutek modulowania ekspresji beta-syntazy cystationinowej i dioksygenazy cysteinowej zmienia się poziom siarki sulfanowej i siarkowodoru oraz ekspresja i aktywność enzymów zaangażowanych w powstawanie i przemiany związków zawierających siarkę sulfanową i uczestniczących w tworzeniu centrów żelazo-siarkowych – czyli jak zmienia się ekspresja mitochondrialnej transferazy siarkowej 3-merkaptopirogronianu i rodanazy, a w efekcie tego poziom kwasolabilnej siarki w tych komórkach, wewnątrzkomórkowy poziom żelaza oraz produkcja ATP i potencjał mitochondrialny – podsumowuje dr hab. Halina Jurkowska.
Modulowanie ekspresji beta-syntazy cystationinowej i dioksygenazy cysteinowejmoże mieć istotne znaczenie dla procesów mitochondrialnych zachodzących w tych komórkach, co w konsekwencji może wpływać na proces apoptozy, procesy oksydacyjne i proliferację badanych ludzkich komórek nowotworowych mózgu.
Badania realizowane w ramach projektu dają możliwość znalezienia nowych sposobów regulacji stanu redox i hamowania namnażania ludzkich komórek nowotworowych mózgu o różnym stopniu złośliwości, co może nieść nowe możliwości terapeutyczne w leczeniu glejaków.
