Mariola Monika Golas

Fagområde

Biokemi, molekylær genetik og strukturel medicin.

Forskningsprojekt

Forståelse af strukturen i cellulære komplekser, der er involveret i regulering af genetiske processer og udvikling af kræft.

Kort beskrivelse af projektet

Proteiner udfører forskellige opgaver i levende celler. En af disse processer er reguleringen af adgangen til genetiske informationer kodet i DNA. Et stigende antal proteiner er kendt for at deltage i denne reguleringsproces som en del af makromolekylære komplekser, de såkaldte molekylære maskiner, i stedet for i en isoleret form. Hverken molekylære maskiner eller DNA er statiske strukturer, men undergår betydelige strukturelle ændringer i løbet af denne proces. Forskergruppen anvender en meget avanceret teknik, der kaldes molekylær elektron-cryomikroskopi (cryo-EM), til at løse den tredimensionelle struktur af meget komplicerede og dynamiske makromolekylære komplekser, som kun er få milliontedele af en mm i størrelse. Således fungerer cryo-EM på samme måde som computer-tomografi i medicinsk skanning (CT-skanning) af den menneskelige krop. Ved hjælp af genetiske og biokemiske metoder samt cryo-EM, vil vi lave afbildninger af proteinkomplekserne med det formål bedre at forstå, hvordan de kan lave bestemte dele af DNA tilgængelige eller utilgængelige for cellen. Da disse processer er reguleret forkert i en række kræftsyndromer, herunder aggressive tumorer opstået i barndommen, er en bedre forståelse af disse molekylære maskiner af afgørende betydning for bedre behandling af disse vigtige kræftyper.

De forskningsmæssige udfordringer og perspektiver

Nøglen til vores projekt er oprensning og analyse af makromolekylære komplekser isoleret fra den endogene pulje af cellulære komplekser, der sikrer, at de intakte komplekser er analyseret. Den enorme mangfoldighed og lave koncentration af disse komplekser i cellen er imidlertid en stor udfordring for biokemiske og strukturelle studier. De komplekser, der skal analyseres i dette projekt, repræsenterer dynamiske komplekser, der let kan blive beskadiget, hvis utilstrækkelige metoder anvendes. Derfor ønsker forskningsgruppen at vælge protokoller, der gør det muligt at oprense disse komplekser i deres intakte form. Da disse komplekser typisk har en dynamisk struktur med sameksistens af forskellige strukturelle former i en prøve, forventer vi også at tage et meget stort antal billeder, det vil sige op til flere hundrede tusinder til millioner af individuelle billeder af komplekserne.

Hvad er de langsigtede perspektiver?

I vores celler er det DNA, som koder vores genetiske information organiseret i en kompliceret struktur, der kaldes kromatin. Den mekanisme, hvormed proteiner bruger energi til at ændre den tredimensionale organisation af kromatin, er et grundlæggende problem i molekylær genetik, da det giver nøglen til at forstå genetisk regulerende processer. Endvidere er flere kræftsyndromer forbundet med defekter i roteinmaskiner, der ændrer 3D-struktur-kromatin. Hvordan mutationer i enkelte underenheder af disse komplekser er involveret i udvikling af kræft, er i øjeblikket ikke forstået. For at besvare disse spørgsmål, ønsker forskningsgruppen at anvende en kombination af biokemiske, genetiske og strukturelle metoder. De cellulære komplekser involveret i tilpasning af strukturen af kromatin er alle komplicerede ansamlinger af mange proteiner. Dermed er molekylær cryo-EM den eneste og bedste teknik til direkte at visualisere disse ansamlinger og til at bestemme deres tredimensionale struktur. Den strukturelle analyse af disse komplekser er af stor betydning, da det vil forklare, hvordan de er i stand til at genkende kromatin, og hvilke strukturelle modifikationer i disse komplekser, der ledsager ændring af organisationen af DNA. Støtten til forskningsprojektet hjælper os til at undersøge disse spørgsmål og til at etablere et ungt og dynamisk forskningsområde, nemlig molekylær cryo-EM.

Hvordan forholder projektet sig til områdets internationale udvikling?

I øjeblikket bliver videnskabelige spørgsmål i forbindelse med kromatinbiologi forsøgt besvaret af et internationalt hastigt voksende videnskabeligt samfund, dog for det meste på et rent biokemisk eller genetisk snarere end et strukturelt grundlag. Til gengæld vil den strukturelle forskning foreslået af os ved hjælp af en kombination af strukturelle, biokemiske og genetiske metoder kaste mere lys over struktur-funktion-relationer af medicinsk vigtige grupper af proteinkomplekser og vil forsøge at afkode virkningsmekanismen af komplekserne hos raske og syge personer. Endvidere vil teknikker udviklet i løbet af forskningsprojektet også være til gavn i forbindelse med biomedicinsk forskning i områder, der arbejder på den strukturelle karakterisering af andre makromolekylære komplekser involveret i gen-regulering.

Hvordan opstod din interesse for netop dette forskningsfelt?

Som kandidatstuderende ved universitetet i Marburg, Tyskland, havde jeg et introduktionskursus i cryo-EM og blev straks fascineret af muligheden for at lave en tredimensionel struktur af medicinsk interessante molekyler ved at indsamle tusindvis af individuelle billeder taget i et elektronmikroskop. Jeg besluttede derfor at udføre mit ph.d.-arbejde ved Max Planck Instituttet for Biofysisk Kemi i Göttingen i Tyskland for at lave cryo-EM af makromolekylære komplekser, der er involveret i genekspression. Her lærte jeg at arbejde med skrøbelige makromolekylære komplekser isoleret i intakt form fra celler. På samme måde blev jeg opmuntret af min vejleder til under og efter at have færdiggjort mit medicinstudium at arbejde med tumorpatologi ved Universitetshospitalet i Göttingen. I særdeleshed blev jeg inspireret til at studere mutationer i specifikke proteiner i disse komplekser, fordi de er knyttet til udvikling af særlige kræftformer hos børn.

Hvilke muligheder giver pengene fra Ung Eliteforskerprisen dig?

Forskningsgruppen er ved at blive bygget op på det medicinske fakultet ved Aarhus Universitet som nyt forskningsområde, og i øjeblikket mangler både mandskab og udstyr. Prisen tillader forskningsgruppen at realisere projektet og dermed at afslutte opbygningsfasen af gruppen. Derudover vil tildelingen også give os mulighed for at besøge internationale konferencer med henblik på at diskutere videnskabelige spørgsmål inden for området med andre forskere.

Lidt om mennesket bag forskeren

Jeg voksede op i en smuk by i det nordlige Tyskland og studerede menneskets biologi og medicin i Marburg og Göttingen, Tyskland, med et forskningsophold i Vancouver, Canada. Efter at have afsluttet min ph.d. i biokemi, genetik og mikrobiologi og en postdoc i Göttingen, blev jeg ansat ved Aarhus Universitet til at opbygge og etablere en molekylær cryo-EM gruppe. I min fritid er jeg meget glad for at være i naturen, enten på de dejlige strande i Danmark eller i naturparker i udlandet. Desuden er musik en vigtig del af mit liv.

Fødested, gymnasium og bopælskommune

Født i Kattowice, Polen, student fra Hoffmann-von-Fallersleben Gymnasium, Braunschweig, Tyskland og bopæl i Århus Kommune.

Forskningsrådets begrundelse for tildeling af prisen

Dr. Mariola Monika Golas er M.Sc. in Human Biology i 2001; M.D. fra Göttingen Universitet, Tyskland, 2004 og ph.d. (Biochemistry, Microbiology, Genetics) fra Göttingen Universitet og Max Planck Institute for Biophysical Chemistry, Göttingen, 2005. Hun har siden 2005 arbejdet som postdoctoral fellow på Max Planck Institute for Biophysical Chemistry, Göttingen, Tyskland og fra 2008 været adjunkt på Anatomisk Institut, Aarhus Universitet.

Mariola Monika Golas har blandt andet modtaget Hans-Heinrich Niemann award (molecular biology), Hannover, 2006 og Karl-Lohmann award (German Society for Biochemistry and Molecular Biology), 2007.

Mariola Monika Golas har 18 peer-reviewede publikationer, herunder 1× Science, 1× Nature, 1× Cell, 2× Molecular cell, 1× Nature structural and molecular biology, 1× Nature methods, 2× EMBO journal og 1x PNAS.

Mariola Monika Golas forskningsprojekt omhandler processer, der regulerer adgangen til genetiske informationer kodet i DNA. Et stigende antal proteiner er kendt for at deltage i denne reguleringsproces som en del af multi-komponent makromolekylære komplekser, de såkaldte molekylære maskiner. Forskergruppen anvender en avanceret teknik, der kaldes molekylær elektron-cryomikroskopi (cryo-EM), til at løse de strukturelle analyser af komplicerede og dynamiske makromolekylære komplekser. Ved hjælp af genetiske og biokemiske metoder samt cryo-EM vil Mariola Monika Golas lave afbildninger af proteinkomplekserne med det formål bedre at forstå, hvordan de kan lave bestemte dele af DNA tilgængelige eller utilgængelige for cellen. Da disse processer er reguleret forkert i en række af kræftsyndromer, herunder bindevævstumorer opstået i barndommen, er en bedre forståelse af disse molekylære maskiner af afgørende betydning for bedre behandling af specifikke kræftyper.

Rådet har på den baggrund valgt at indstille Mariola Monika Golas som modtager af Det Frie Forskningsråds pris som Ung Eliteforsker 2009.

Yderligere oplysninger om projektet

Mariola Monika Golas. Telefon: 8942 3029; e-mail:

Yderligere oplysninger om baggrunden for prisen

Formand for Det Frie Forskningsråd | Sundhed og Sygdom, professor Lars Fugger. Telefon: 8949 5312; e-mail: .

Forskningsprojektets videnskabelige titel

Deciphering the Molecular Architecture of Macromolecular Assemblies Involved in Gene Regulation and Cancer Biogenesis.

Bevilling fra Det Frie Forskningsråd | Sundhed og Sygdom

2.718.562 kr.

Ansættelsessted

Aarhus Universitet, Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet, Anatomisk Institut

Forskningsprojektet udføres på

Aarhus Universitet, Det Sundhedsvidenskabelige Fakultet, Anatomisk Institut