Department of Structure and Function of Biomolecules

 


 

Head:
Prof. Wojciech Rypniewski

 

 

 


Staff:
Dr. Agnieszka Kiliszek,

Dr. Magdalena Bejger,

Dr. Leszek Błaszczyk

 


PhD Students:
Katarzyna Biniek, MSc;

Martyna Pluta, MSc;

Marcin Ryczek, MSc Eng.

 


 

Rys.1


 

Rys.2


 

 

Key words:

structure and function of biomolecules, biological crystallography, protein structure, RNA structure, chitinase, chitosanase, chitin deacetylase, extremophile, thermophile, psychrophile, tri-nucleotide RNA repeats, RNA hairpins, TREDs, neurodegenerative diseases


Scientific profile:

The three-dimensional structure of biomolecules determines their properties and function, and X-ray crystallography is one of the best tools for studying molecular structures. Our department uses this technique to investigate the relationship between the structure and function of proteins and nucleic acids. The main areas of our interest are:

  • structure and properties of pathogenic RNA sequences,
  • structure of chitinolythic enzymes,
  • proteins from extremophiles and the bases of their adaptation to environmental extremes,
  • proteins from pathogens as therapeutic targets,
  • proteins and their enzymatic reaction mechanisms at ultra-high resolution.

 

Current research activity

  • structure of RNA CNG repeats and the molecular bases of TREDs,
  • structure of complexes of pathogenic RNA with potential therapeutics,
  • structure of chitinases and other chitinolytic enzymes from psychrophiles and thermophiles,
  • structure and properties of proteins essential in the metabolism of pathogenic micro(organisms).

 

Most important research achievements:

  • In a series of systematic studies we have solved and analysed the structures of all four types of RNA CNG repeats (CUG, CAG, CGG and CCG) thus completing the gallery of structural profiles of the stems of RNA hairpins related to tri-nucleotide expansion disorders (TREDs). The crystal structures are consistent with biochemical and biophysical data and the high resolution atomic models can serve as an accurate scaffold in structure-based drug design.
  • The structure of a chitinase from M. marina, a psychrophilic ocean-dwelling, bacterium, has been solved and analysed with a bound reaction intermediate, with the reaction product, with no ligand, and a complex of the substrate with an inactive protein mutant. The structures reveal interesting clues to the enzyme's low-temperature adaptation. We have also solved the structure of a chitinase from a thermophilic bacterium and identified structural elements that could be responsible for its stability.
  • We have  developed a technique to stabilise RNA hairpins, so they can be crystallised.


Actual research projects:

  • Crystallographic structures of chitinolytic enzymes from extremophiles (supported by Foundation for Polish Science)
  • Studies of inhibitor complexes with enzymes from pathogenic organisms.

 

Najważniejsze osiągnięcia badawcze:

  • W serii badań krystalograficznych rozwiązaliśmy i przeanalizowaliśmy struktury wszystkich czterech powtórzeń CNG w RNA (CUG, CAG, CGG oraz CCG) tym samym kompletując strukturalny profil trzonów spinek RNA tego typu, związanych z patogenezą neurodegeneracyjnych schorzeń TREDs. Wyniki badań krystalograficznych są zgodne z badaniami biomedycznymi i biofizycznymi i powinny posłużyć jako punkt wyjścia do ukierunkowanego projektowania leków (ang. structure-based drug design).rozwiązaliśmy i scharakteryzowaliśmy wysokorozdzielcze struktury wszystkich powtórzeń RNA typu CNG
  • Struktura chitynazy z M. marina, zimnolubnej głębinowej bakterii, została rozwiązana i przeanalizowana w kompleksie z produktem pośrednim, produktem końcowym, bez ligandu oraz w kompleksie między substratem a nieaktywnym mutantem białka. Struktura ukazuje interesujące elementy, które mogą być odpowiedzialne za adaptację białka do niskich temperatur. Rozwiązaliśmy także strukturę chitynazy z termofila i wskazaliśmy elementy struktury, które mogą być odpowiedzialne za termostabilność białka
  • opracowaliśmy metodę stabilizacji RNA tworzących strukturę spinkę, aby umożliwić krystalizację cząsteczek tego typu.


Aktualnie realizowane projekty badawcze

  • Struktury krystalograficzne białek chitynolitycznych z organizmów ekstremofilnych (FNP)
  • Badania enzymów z organizmów patogennych z inhibitorami (fundusze statutowe IChB PAN)

Selected publications:

A. Kiliszek, K. Banaszak, Z. Dauter, W. Rypniewski
The first crystal structures of RNA-PNA duplexes and a PNA-PNA duplex containing mismatches - towards anti-sense therapy against TREDs.
Nucleic Acids Res. 44, 1937-1943 (2016).

W. Rypniewski, K. Banaszak, T. Kulinski,  A. Kiliszek
Watson-Crick-like pairs in CCUG repeats. Evidence for tautomeric shifts or protonation.
RNA, 22, 22-31 (2016).

A. Kiliszek, W. Rypniewski
Structural studies of CNG repeats.
Nucleic Acids Res. 42, 8189-8199 (2014).

P.H. Malecki, C.E. Vorgias, M.V. Petoukhov, D.I. Svergun, W. Rypniewski
Crystal structures of substrate-bound chitinase from the psychrophilic bacterium Moritella marina and its structure in solution.
Acta Crystallogr. D 70, 676-684 (2014).

P. H. Malecki, J. E. Raczynska, C. E. Vorgias, and W. Rypniewski
Crystal structure of a complete four-domain chitinase from Moritella marina, a marine psychrophilic bacterium.
Acta Crystallogr. D, 69, 821-829 (2013).