Ewch i’r prif gynnwys
Vladimir Buchman

Yr Athro Vladimir Buchman

Athro Emeritws

Ysgol y Biowyddorau

Trosolwyg

Trosolwg ymchwil

Prif nod ein hymchwil yw deall mecanweithiau moleciwlaidd sy'n ymwneud â phathogenau clefydau niwroddirywiol a metabolig dynol penodol. Ar hyn o bryd rydym yn canolbwyntio ar astudiaethau o swyddogaeth arferol sawl teulu protein a chamweithrediad aelodau o'r teulu sy'n gysylltiedig â phatholegau dynol. Defnyddir gwahanol ddulliau arbrofol sy'n amrywio o ryngweithiadau macromolecule in vitro i gynhyrchu a nodweddu modelau anifeiliaid yn ffenotypical yn yr astudiaethau hyn.

Cyhoeddiad

2024

2022

2021

2020

2019

2018

2017

2016

2015

2014

2013

2012

2011

2010

2009

2008

2007

2006

2005

2004

2003

2002

2001

2000

Erthyglau

Ymchwil

Projectau

bioleg Synuclein

Daeth synucleins i'r amlwg ym 1997 ar ôl i'r astudiaethau cyntaf gael eu cyhoeddi sy'n cysylltu treigladau missense yn yr SNCA, genyn sy'n amgodio alffa-synuclein, â ffurf deuluol o glefyd Parkinson, ac agregu alffa-synuclein i newidiadau histopatholegol sy'n nodweddiadol o'r rhan fwyaf o achosion clefyd Parkinson. Er gwaethaf y lefel uchel o ddiddordeb a ysgogwyd gan y canfyddiadau hyn, ni ddeellir swyddogaeth arferol alffa-synuclein, nac union fecanwaith newidiadau patholegol a achosir gan ei gamweithrediad yn dda. Hyd yn oed llai hysbys am swyddogaeth dau aelod arall o'r teulu, beta-synuclein a gama-synuclein, mewn iechyd a chlefydau. Mae'r gymuned ymchwil yn dal i wynebu anawsterau wrth ddehongli'r canlyniadau a gafwyd mewn llawer o labordai gan ddefnyddio gwahanol systemau arbrofol, yn bennaf oherwydd priodweddau strwythurol anghonfensiynol syncleinau, eu cyfranogiad mewn prosesau mewngellol lluosog, effaith wahaniaethol gwahanol isofformau protein (monomerau, oligomers, protofibrilau a ffibriliau) ar y prosesau hyn a diswyddo swyddogaethol o fewn y teulu. Felly, mae astudiaethau manwl pellach o bob agwedd ar fioleg syniwclewin mewn systemau arbrofol mwy priodol yn hanfodol ar gyfer deall rôl y proteinau hyn mewn systemau nerfol normal a dirywiol. Ar hyn o bryd, rydym yn cymryd rhan mewn nifer o brosiectau a allai helpu i gyflawni'r amcanion hyn:

Swyddogaeth arferol synucleins

i. Wrth drosglwyddo synaptig
Yn ddiweddar, rydym wedi cynhyrchu llygod heb aelodau o'r teulu syniwclin ym mhob cyfuniad posibl (un, dwbl a triple knock-outs) ac wedi cyflogi'r modelau hyn i ddatgelu pwysigrwydd y proteinau hyn wrth fodiwleiddio rhyddhau neurotransmitter mewn gwahanol fathau o niwronau (er enghraifft gweler Ffigur 1). Mae gennym hefyd dystiolaeth o gyfranogiad synucleins mewn cymeriant niwrodrosglwyddydd gan fesiglau presynaptig ac ar hyn o bryd rydym yn astudio union fecanwaith yr effaith hon.

ii. Yn natblygiad niwronau dopaminergic midbrain.
Awgrymodd ein canlyniadau blaenorol rôl wahaniaethol i aelodau teulu syniwclewin yn y broses hon, a bodolaeth rhai mecanweithiau a allai wneud iawn am gamweithrediad y proteinau hyn yn ystod cyfnodau datblygiadol critigol. Ar hyn o bryd, rydym yn astudio sut y gallai'r newidiadau hyn effeithio ar sensitifrwydd niwronau dopaminergig oedolion i wahanol heriau niwrotocsig.

iii. Wrth gynhyrchu ynni mitochondria.
Er bod synucleins bob amser yn cael eu hystyried i fod yn rhan o swyddogaeth arferol mitocondria ymennydd, nid yw'n glir o hyd pa elfennau o'r gadwyn gynhyrchu ynni y gellid eu modiwleiddio gan y proteinau hyn. Er mwyn mynd i'r afael â'r cwestiwn hwn, rydym yn cymhwyso gwahanol ddulliau biocemegol, bioffisegol a ffarmacolegol i asesu effeithiau pob syncl ar swyddogaeth mitochondrial. Mae'r astudiaethau hyn yn cael eu cynnal ar mitocondria puro, diwylliannau celloedd niwronau a sleisys ymennydd a geir o lygod cnoclein amrywiol . Rydym hefyd yn ailgyflwyno synucleins i niwronau diwylliedig trwy gyflwyno lentifiraol, neu drwy ychwanegu synleins ailgyfunol monomerig swyddogaethol i adweithiau in vitro.

iv. Mewn bioleg adipocyte (gama-synuclein).
Yn ogystal â mynegiant cadarn yn y system nerfol, yn enwedig mewn niwronau synhwyraidd ac isaf y synhwyrau ymylol, mae gama-synuclein yn doreithiog mewn meinwe adipose gwyn. Rydym wedi dangos rheoleiddio dietegol o fynegiant gama-synuclein mewn adipocytes ac achub llygod o ordewdra braster uchel a ffenoteip metabolig trwy guro'r genyn gama-synuclein. Mae ein data yn cefnogi'r rhagdybiaeth bod disbyddiad gama-synuclein yn cynyddu lefel y lipolisis mewn adipocytes mewn amodau gormodedd maetholion, o bosibl trwy fodiwleiddio gweithgaredd ATGL ac ymasiad diferion lipid (Ffigur 2). Dylai astudiaethau manwl parhaus o'r mecanweithiau hyn ddatgelu a ellir ystyried gama-synuclein fel targed addawol ar gyfer therapi gordewdra a syndrom metabolig.

Synucleins mewn prosesau patholegol

i. Cytotoxicity o gyfryngu agregu alffa-synuclein.
Rydym yn astudio gwenwyndra gwahanol gyfryngu neu gynhyrchion terfynol o agregu alffa-syniwclewin ailgyfunol wedi'i buro i wahanol fathau o niwronau, gan gynnwys niwronau o lygod cnewyllyn synclein. Defnyddir y rhywogaethau alffa-synuclein hyn hefyd i asesu eu heffeithiau ar swyddogaeth mitocondria, fel y disgrifir uchod.

ii. Ennill gwenwynig o swyddogaeth gama-synuclein mewn niwronau modur a'i rôl mewn clefyd niwronau motor.
Yn ddiweddar, rydym wedi disgrifio proffiliau patholegol newydd gama-synuclein-positif yn llwybr cortico-asgwrn cefn is-set o gleifion ALS. Awgrymom fod y strwythurau hyn yn cynrychioli agregau gama-synuclein a ffurfiwyd wrth ddiraddio echelinau niwronau modur uchaf, ac felly, gallai agregiad patholegol gama-synuclein fod yn rhan o bathogenesis o ffurfiau neu gamau penodol o'r clefyd. Yn gyson, llygod sy'n gorfynegi llygod math gwyllt gama-synuclein llygoden mewn niwronau yn datblygu ffenoteip modur sy'n ddibynnol ar oedran a genynnau a achosir gan agregu gama-synuclein mewn cyrff ac axons celloedd niwronau ac yna dirywiad dethol o rai poblogaethau niwronau modur penodol (Ffigur 3). Ein nod nesaf yw datgelu'r gadwyn o ddigwyddiadau sy'n arwain at gamweithrediad niwronau a marwolaeth yn y model hwn o ALS ac egluro tarddiad a chyfansoddiad proffiliau gama-synuclein patholegol cadarnhaol yn system nerfol cleifion ALS.

iii. Disbyddiad sy'n ddibynnol ar oedran o synucleins swyddogaethol o synapsau niwronau a'i gyfraniad at niwrodrosglwyddiad dan fygythiad.

Mae'n ymarferol bod agregu patholegol enfawr o alffa-synuclein mewn corff celloedd niwron ac axons cleifion clefyd y corff Parkinson a Lewy yn arwain at ddifa dwfn terfynellau presynaptig o alffa-synuclein swyddogaethol. Gallai hyn beryglu niwrodrosglwyddiad synaptig arferol a chyfrannu at amlygu symptomau clefydau. Mewn llygod sy'n deillio o'r genyn, gellir niwtraleiddio'r effaith hon gan rai mecanweithiau iawndal yn ystod cyfnodau critigol y datblygiad (gweler uchod). Er mwyn neidio hyn, rydym wedi cynhyrchu llygod yn ddiweddar lle gellir anactifadu'r genyn alffa-synuclein yn amodol mewn poblogaethau niwronau dethol ac ar unrhyw gam datblygiadol, gan gynnwys anifeiliaid sy'n heneiddio (Ffigur 4). Bydd astudiaethau o'r llygod hyn yn datgelu rôl diffyg alffa-synuclein swyddogaethol wrth ddatblygu symptomau sy'n nodweddiadol ar gyfer synucleinopathïau.

iv. Gamma-synuclein mewn tiwmorigenesis a maligneiddio.
Yn ogystal â meinweoedd adipose niwral a gwyn, mae llawer o gama-synuclein i'w gael yn aml mewn mathau penodol o diwmorau, yn enwedig ar gamau ymlaen llaw o falaen. Nid astudiwyd y ffenomen hon yn iawn, ond awgrymwyd mewn llenyddiaeth, bod gama-synuclein yn ymwneud â dilyniant tiwmorau chwarren mammari. Gwelsom gydberthynas rhwng mynegiant gama-synuclein ac Erb2B yn y math hwn o diwmor a llinellau celloedd tiwmor. Fodd bynnag, mae ein hastudiaethau o diwmorynnau mamari a metastasis a achosir gan Erb2B ym mhresenoldeb ac absenoldeb gama-synuclein yn dangos nad oes angen y protein hwn ar gyfer y naill neu'r llall o'r prosesau hyn, o leiaf yn y math hwn o diwmorau. Dylai astudiaethau pellach ddatgelu pam mae gama-synuclein yn dod yn arwydd o rai tiwmorau cam ymlaen llaw.

Perthynas rhwng metaboledd RNA ac agregiad patholegol o broteinau RNA rhwymo wrth ddatblygu ALS a chlefydau cysylltiedig

Mae nifer sylweddol o dreigladau sy'n gysylltiedig ag ALS wedi'u nodi mewn genynnau sy'n amgodio proteinau RNA-rwymol. Ar ben hynny, mae gan rai o'r proteinau hyn barthau tebyg i prion-sy'n gyfrifol am eu tueddiad uchel i gyfuno. Yn gyson, canfuwyd agregau patholegol a ffurfiwyd gan y proteinau hyn yn system nerfol ALS teuluol ac ysbeidiol a rhai afiechydon niwroddirywiol eraill. Felly, ystyrir metaboledd RNA dan fygythiad a chydgrynhoi protein patholegol fel achosion posibl niwroddirywio, ond nid yw cyfraniad at ddatblygiad patholeg a pherthynas rhwng y prosesau hyn yn cael eu deall yn dda eto. Er mwyn egluro hyn, rydym ar hyn o bryd yn defnyddio modelau celloedd ac anifeiliaid amrywiol i astudio FUS, un o broteinau RNA sy'n rhwymo sy'n ymwneud â pathogenesis ALS a chlefydau cysylltiedig, ac yn bwriadu ymestyn yr astudiaethau hyn i broteinau RNA eraill sy'n rhwymo'n ddiweddar iawn â'r clefydau hyn, sef hnRNPA1 a hnRNPA2/B1.

Mecanwaith agregu patholegol o brotein FUS mewn celloedd

Mae ein hastudiaethau o leoleiddio mewngellog a ffurfio strwythurau annodweddiadol (puncta bach neu fwy, aggresomes, ac ati) gan wahanol fathau wedi'u haddasu o brotein FUS dynol mewn nifer o linellau celloedd sefydlog, wedi dangos bod FUS yn dod yn agregiad hynod dueddol pan nad yw'n gallu rhwymo RNA targed (Ffigur 5). Yn seiliedig ar yr arsylwadau hyn, gwnaethom awgrymu rhagdybiaeth o agregu patholegol o FUS (llawysgrif sy'n cael ei hadolygu).

Modelau anifeiliaid o FUSopathies

Er mwyn ymestyn ein hastudiaethau o agregu FUS i system fwy perthnasol in vivo, rydym wedi cynhyrchu llygod trawsgenig sy'n mynegi ffurf C-derfynol truncated o FUS dynol yn eu niwronau. Mae'r llygod hyn yn datblygu'n sydyn patholeg echddygol ddifrifol yn 2.5 - 4.5 mis, a nodweddir gan agregiad dwys o FUS llygoden dynol ac endogenaidd ym mhob adran niwronau, a difrod difrifol poblogaethau dethol o niwronau modur a'u axons (papur yn y wasg). Mae llinellau llygoden eraill sy'n mynegi amrywiadau gwahanol o FUS hefyd wedi'u cynhyrchu, ac mae astudiaethau o'u ffenoteipiau ar y gweill.

Pysgota ffisiolegol a phathologol FUS a phroteinau RNA eraill agregiad sy'n dueddol o rwymo RNA mewn cyfadeiladau niwclear a sytoplasmig RNP

Mae'r proteinau hyn yn drigolion cyfadeiladau RNP niwclear a cytoplasmig amrywiol mewn celloedd normal ac mae eu galluoedd i gysylltu â'r cymhlethdodau hyn yn aml yn cael eu peryglu wrth ddifodi niwronau. Fodd bynnag, nid yw swyddogaeth pob protein ym mhob cyfadeilad RNP yn glir. Nod ein hastudiaethau yw datgelu'r swyddogaethau hyn a'u cysylltu â newidiadau patholegol yn ALS a chlefydau niwroddirywiol eraill.

Ailadrodd ehangiadau yn y locws genomig C9ORF72 fel ffactor etiolegol ar gyfer ALS a chlefydau cysylltiedig

Ehangu repeats GGGGCC yn y locws C9ORF72 yw'r mwtaniad mwyaf cyffredin mewn cleifion ALS, ond mae mecanweithiau moleciwlaidd datblygu patholeg yn dal i fod yn aneglur. Mewn cydweithrediad â chydweithwyr o'r Sefydliad Niwroleg, Coleg y Brenin Llundain, a Sefydliad Niwrowyddoniaeth Drosiadol Sheffield, rydym yn astudio effeithiau'r maint ailadrodd ar ddechrau, amlygiadau clinigol a pharamedrau eraill y clefyd, (Ffigur 6).

Parthau swyddogaethol modulatyddion trawsgrifio niwrospecific sy'n perthyn i'r teulu D4 / DPF / BAF45

Mae tri genyn yn cynnwys y teulu D4 o modulatyddion trawsgrifio, ond mae hyrwyddwyr amgen a digwyddiadau splicing yn cynhyrchu amrywiaeth fawr o broteinau amgodio gyda chyfansoddiad gwahanol o barthau strwythurol. Mae aelodau niwro-benodol o'r teulu protein D4 (niwro-d4 / BAF45b a cer-d4 / BAF45c) yn gydrannau o gymhleth ailfodelu cromatig mawr mewn niwronau gwahaniaethol. Mae data presennol yn awgrymu bod newid datblygiadol o gelloedd cynhenid niwronau i niwronau ymroddedig yn gofyn am amnewid protein BAF45a sy'n gysylltiedig ychydig yn gysylltiedig â phroteinau D4 yn y cymhleth hwn. Rydym yn astudio rôl gwahanol barthau strwythurol o broteinau D4 mewn rhyngweithio â chydrannau cromatotin a ffosffolipidau. Rydym hefyd wedi cynhyrchu llygod sy'n mynegi C-derfynol yn unig, hy heb barthau bysedd PHD dwbl pwysig, fersiynau o broteinau niwro-d4 / BAF45b a cer-d4 / BAF45c. Er bod llygod mwtant sengl a dwbl yn hyfyw, mae'r olaf yn datblygu rhai annormaleddau ymddygiadol.


Staff cysylltiedig

Myfyrwyr ymchwil ôl-raddedig

Cyn-fyfyrwyr ac aelodau o labordy Caerdydd

  • Dr. Owen Peters (myfyriwr PhD, yna postdoc 2007-2012, gradd PhD a ddyfarnwyd yn 2011, ar hyn o bryd postdoc yn labordy Robert H. Brown, Jr., Ysgol Feddygol Prifysgol Massachusetts)
  • Dr. Steven Millership (Cynorthwy-ydd Ymchwil, myfyriwr PhD rhan-amser, yna postdoc 2007-2012, gradd PhD a ddyfarnwyd yn 2012, ar hyn o bryd postdoc yn y Grŵp Signalau Metabolaidd, Coleg Imperial, Llundain)
  • Dr. Essam Sharfeddin (myfyriwr PhD 2008-2012, gradd PhD a ddyfarnwyd yn 2013, dychwelodd i'r Sefydliad yn Libya a gefnogodd ei Raglen PhD yn y DU)
  • Dr. Natalie Connor-Robson (myfyriwr PhD 2009-2012, gradd PhD a ddyfarnwyd yn 2013, sydd ar hyn o bryd yn Gymrawd Datblygu Gyrfa yng Nghanolfan Clefyd Parkinson Rhydychen, Prifysgol Rhydychen)

Cymorth grant cyfredol

  • Grant Prosiect Parkinson's UK
  • Michael J. Fox Foundation Gwobr Arloesi Ymateb Cyflym
  • Grant Prosiect Cymdeithas Alzheimer
  • Grant Prosiect Cymdeithas Clefyd Motor Niwron

Cydweithredwyr

  • Yr Athro Thomas Südhof, Prifysgol Stanford, UDA (swyddogaeth ffisiolegol syncleins)
  • Dr. Herman van der Putten, Novartis Pharma, Basel, Y Swistir (synucleins a niwroddirywio)
  • Yr Athro Michel Goedert, MRC LMB, Caergrawnt, y DU (agregiad protein patholegol)
  • Yr Athro Maria Spillantini, Prifysgol Cambrudge, y DU (alpha-synuclein yn natblygiad niwronau dopaminergig)
  • Yr Athro Olaf Riess, Prifysgol Tübingen, yr Almaen (swyddogaeth ffisiolegol syncleins)
  • Dr. Justin J. Rochford, Prifysgol Aberdeen, y DU (gama-synuclein mewn bioleg adipocyte)
  • Dr. Nicholas Marsh-Armstrong, Prifysgol John Hopkins, Baltimore, UDA (gama-synuclein yn swyddogaeth a chamweithrediad y system optig)
  • Yr Athro Andrey Abramov, Coleg Prifysgol Llundain, y DU (swyddogaeth mitocondrial a chamweithrediad synucleins)
  • Dr. Richard Wade-Martins, Dr. Stephanie J. Cragg, a'r Athro J. Peter Bolam, Prifysgol Rhydychen, y DU (swyddogaeth synucleins mewn niwrodrosglwyddiad dopamin)
  • Dr. Sreeganga S. Chandra, Prifysgol Yale, UDA (swyddogaeth ffisiolegol syncleins)
  • Yr Athro David N.Stephens, Prifysgol Sussex, Brighton, y DU (effeithiau disbyddu alffa-synclél ar ymddygiad anifeiliaid)
  • Dr. Natalia Ninkina, Prifysgol Caerdydd, y DU (synucleins a phroteinau RNA rhwymo mewn clefydau dynol)
  • Yr Athro Alun Davies, Prifysgol Caerdydd, y DU (llwybrau trawsyrru signal ynghlwm wrth wahaniaethu niwronau)
  • Yr Athro Alan Clarke, Prifysgol Caerdydd, DU (MAK-V/Hunk kinase mewn celloedd tiwmor)
  • Yr Athro Ivan Gout, Coleg Prifysgol Llundain (isofformau Ruk mewn signalau mewngellol)
  • Yr Athro Masatoshi Maki, Prifysgol Nagoya, Japan (isofformau Ruk mewn masnachu bilen)
  • Dr. Ludmila Drobot, Sefydliad Bioleg Celloedd, Lviv, Wcráin (isofformau Ruk mewn celloedd tiwmor)
  • Drs Elena ac Igor Korobko, Sefydliad Bioleg Genynnau, Moscow, Rwsia (rhyngweithiadau mewn-a rhyngfoleciwlaidd o broteinau Ruk; rôl MAK-V kinase mewn datblygiad a ffisioleg llygoden)
  • Drs Ilja Mertsalov, Dina Kulikova ac Olga Simonova, Sefydliad Bioleg Genynnau, Moscow, Rwsia (astudiaethau swyddogaethol o aelodau teulu D4 mewn llygod a Drosophila)
  • Yr Athro Pamela J. Shaw, Sefydliad Niwrowyddoniaeth Drosiadol Sheffield, y DU (ail-ehangu GGGGCC mewn ALS a chlefydau cysylltiedig)
  • Yr Athro Amar Al-Chalabi, Sefydliad Niwroleg, Coleg y Brenin Llundain, y DU (C9ORF72 treigladau locus mewn ALS teuluol)
  • Yr Athro Sergey O. Bachurin, Sefydliad Cyfansoddion Ffisiolegol Gweithredol Chernogolovka, Rwsia (gama-carbolines fel cyffuriau addasu clefyd niwroddirywiol)

Contact Details

Email BuchmanVL@caerdydd.ac.uk
Telephone +44 29208 79068
Campuses Adeilad Syr Martin Evans, Ystafell Cardiff School of Biosciences, The Sir Martin Evans Building, Museum Avenue, Cardiff, CF10 3AX, Rhodfa'r Amgueddfa, Caerdydd, CF10 3AX