Congratulations to Krystyna Maslowska-Jarzyna on winning the START fellowship from the Foundation for Polish Science! Krystyna was selected among top 100 young polish scientists as one of only 10 chemists and the only chemist from our Department. The recipients were selected in a multi-stage competition on the basis of the quality of their scientific achievements.

For more, see the Foundation for Polish Science page.

In this paper, we propose a new strategy for the development of synthetic amino acid transporters. Such molecules might be expected to display a wide range of biological activities and also find applications in drug delivery, metabolism regulation, and as next-generation antibiotics.

The transport of amino acids across biological membranes is vital for the proper functioning of every living cell. This is because at physiological pH amino acids are very polar (they have a positively charged N-terminus and a negatively charged C-terminus) and therefore cannot pass through lipid bilayers alone. In nature, amino acid transport is carried out by specialized membrane proteins that play important roles in regulating key physiological functions, such as protein biosynthesis, metabolism, gene expression, redox balance and signaling. The dysfunction of these proteins contributes to the development of serious diseases, such as diabetes, neurodegenerative disorders, obesity and cancer. Synthetic amino acid transporters could help in treating these diseases, and might also find applications in drug delivery, metabolism regulation, and as next-generation antibiotics.

Unfortunately, precisely because amino acids are both cations and anions, the development of such synthetic amino acid transporters has so far been extremely difficult, since it required combining both cation and anion binding sites in one structure. In this paper, however, we show that this is not the only possible strategy and that even very simple anion transporters are able to efficiently transport amino acids across lipid bilayers at physiological pH. To explain this unexpected effectiveness of simple anionophores, we developed a new assay for studying the transport of amino acids, that gave us insight into the mechanism of this phenomenon. As a result, we were able to propose a new strategy to search for synthetic amino acid transporters with improved properties and interesting biological activity. Read on here.

Opracowaliśmy nową strategię projektowania syntetycznych transporterów aminokwasów, czyli niewielkich cząsteczek organicznych zdolnych do efektywnego przenoszenia aminokwasów przez dwuwarstwy lipidowe. Takie związki mogą wykazywać szerokie spektrum aktywności biologicznych a także znaleźć zastosowania w transporcie leków, regulacji metabolizmu czy też jako antybiotyki nowej generacji.

Transport aminokwasów przez błony biologiczne jest procesem kluczowym dla funkcjonowania każdej żywej komórki. Wynika to z faktu, że w pH fizjologicznym aminokwasy są bardzo polarne (mają dodatnio naładowany N-koniec i ujemnie naładowany C-koniec) i z tego powodu nie są w stanie samodzielnie przeniknąć przez dwuwarstwy lipidowe. W naturze transportem aminokwasów zajmują się wyspecjalizowane białka membranowe, które odgrywają ważną rolę w regulacji kluczowych funkcji fizjologicznych, takich jak biosynteza białek, metabolizm, ekspresja genów, równowaga redoks i przekazywanie sygnałów. Dysfunkcja tych białek przyczynia się do rozwoju poważnych chorób, takich jak cukrzyca, choroby neurodegeneracyjne, otyłość i nowotwory. Syntetyczne transportery aminokwasów mogłyby pomóc w leczeniu tych chorób, a także posłużyć jako nośniki leków, regulatory metabolizmu a nawet jako antybiotyki nowej generacji.

Niestety, właśnie ze względu na obojnaczy charakter aminokwasów, będących jednocześnie kationami i anionami, opracowanie takich syntetycznych transporterów było dotychczas zadaniem niezwykle trudnym, wymagało bowiem połączenia w jednej strukturze miejsc wiążących kationy i aniony. W niniejszej pracy pokazujemy jednak, że takie podejście nie jest jedynym możliwym i że nawet bardzo proste transportery anionów są w stanie efektywnie przenosić aminokwasy przez dwuwarstwy lipidowe w pH fizjologicznym. Aby wyjaśnić tę nadspodziewaną skuteczność prostych anionoforów, opracowaliśmy nową metodę badania transportu aminokwasów, która dała nam wgląd w mechanizm tego zjawiska. Dzięki temu byliśmy w stanie zaproponować nową strategię poszukiwania syntetycznych transporterów aminokwasów o ulepszonych właściwościach i interesującej aktywności biologicznej. Czytaj dalej tutaj.

Nasze badania ujawniły współzawodnictwo dwóch różnych mechanizmów transportu HCO3‾ przez proste di(tio)amidokarbazole, a także silne działanie antybakteryjne tych związków. Przeczytaj więcej tutaj.

The study reveals two distinct HCO3‾ transport mechanisms by simple di(thio)amidocarbazoles as well as their potent antimicrobial properties. Read more here.

Anions are typically too hydrophilic to freely pass through biological membranes. This also applies to those drugs that are anionic at physiological pH. Synthetic anion transporters, i.e. small, lipophilic molecules that facilitate diffusion of anions across lipophilic barriers, may accelerate the diffusion of anionic drugs by many orders of magnitude and thus could dramatically increase their effectiveness. Moreover, transporters whose activity could be controlled by light, pH or other stimuli could enable the targeted delivery of drugs to the desired place and at the right time. The aim of this project is to develop the first switchable transporters for anionic drugs, and hence to demonstrate a new strategy for targeted drug delivery. As part of it, we will undertake research on the construction of transporters switchable by changes in pH or irradiation with light of a specific wavelength. We hope that this research will lead to the development of a new strategy for smart drug delivery, which may find practical applications in the future, e.g. in the treatment of cancer.

Aniony są przeważnie zbyt hydrofilowe, żeby mogły swobodnie przenikać przez błony biologiczne. Dotyczy to również tych leków, które w pH fizjologicznym występują w postaci anionowej. Syntetyczne transportery anionów, czyli niewielkie, lipofilowe cząsteczki organiczne ułatwiające przenikanie anionów przez bariery lipofilowe, potrafią przyspieszać dyfuzję anionów przez dwuwarstwy lipidowe o wiele rzędów wielkości i dzięki temu mogłyby radykalnie zwiększyć skuteczność działania leków o charakterze anionowym. Co więcej, transportery, których aktywnością można sterować przy użyciu światła, pH lub innych bodźców, mogłyby umożliwić celowane dostarczanie leków w odpowiednie miejsce i w odpowiednim czasie. Celem niniejszego projektu jest opracowanie pierwszych przełączalnych transporterów molekularnych dla leków anionowych i zademonstrowanie w ten sposób nowego sposobu sterowania dostarczaniem leków. W jego ramach podejmiemy badania nad konstrukcją transporterów przełączalnych przy pomocy zmian pH albo naświetlania światłem o określonej długości fali. Mamy nadzieję, że badania te zaowocują powstaniem nowej strategii inteligentnego dostarczania leków, która może w przyszłości znaleźć praktyczne zastosowanie np. w leczeniu nowotworów.

A most warming welcome to our new post-doc: Dr. Debashis Mondal!

Debashis did his M.Sc. in chemistry from IIT Bombay (India) in 2015. He then enrolled at IISER Pune (India) for his doctoral studies in 2016, where he studied in the subfield of supramolecular chemistry under the supervision of Prof. Pinaki Talukdar. After completing his Ph.D. graduation in 2022, he joined the Supramolecular Chemistry group of Prof. Michał J. Chmielewski at the University of Warsaw as a post-doctoral fellow in September 2022.

Social media profile: https://twitter.com/DebashisJMChem

Debashis ukończył chemię na IIT Bombay (Indie) w 2015, a następnie doktorat z chemii supramolekularnej anionów w IISER Pune (Indie) pod kierunkiem prof. Pinaki’ego Talukdara (2022). We wrześniu 2022 dołączył do Laboratorium Chemii Supramolekularnej jako badacz wizytujący (post-doc) w celu realizacji grantu NCN OPUS pt. “Selektywny transport anionów o znaczeniu biologicznym przez dwuwarstwy lipidowe”.

Twitter: https://twitter.com/DebashisJMChem

Serdecznie witamy!

We are looking for 2 postdoctoral researchers for a groundbreaking research project on the border of organic, medicinal, and supramolecular chemistry.