Wiki FKKT - User contributions [en]

R-zanke in G-kvadrupleksi pri organizaciji genoma in transkripciji

2026-04-12T10:09:31Z

Žiga Černoša:

=Uvod=
Kromatin si navadno predstavljamo kot dvojno DNA vijačnico, ovito okoli histonskih proteinov, vendar je njegova oblika v celici dejansko vselej spreminjajoča in jo lahko opazujemo v različnih konformacijah. Ena izmed teh je tri vijačna struktura, imenovana R-zanka, ki nastane, ko se veriga RNA vrine v DNA vijačnico in poveže z eno izmed verig. Ta struktura najpogosteje nastane med transkripcijo, ko se novo sintetizirana mRNA veže nazaj na svojo matrično DNA verigo, lahko pa se tvori tudi ob vezavi dolgih ne kodirajočih RNA (angl. lncRNA) na specifične regije genoma. Nagnjenost kromatina k tvorbi R-zank je odvisna od mnogih dejavnikov, recimo dodatnega zvitja, ključen pomen pa ima samo zaporedje nukleotidov. Najugodnejše so regije, kjer je matrična DNA veriga bogata z citozinom, saj je povezava z gvaninom bogato RNA verigo zelo termodinamsko ugodna, prav tako pa se v izpodrinjeni DNA verigi tripleti gvaninskih baz lahko organizirajo v sekundarno strukturo, imenovano G-kvadrupleks (G4). To je stabilna struktura, v kateri se štirje gvanini povežejo v ravninske G-tetrade z vodikovimi vezmi, te pa se zlagajo ena nad drugo in jih stabilizirajo kovinski ioni (npr. K⁺), prav tako pripomorejo k skupni obstojnosti kompleksa R-zanke. Oba pojava imata v genomu pomembno vlogo pri regulaciji transkripcije, epigenetskih procesih in popravljalnih mehanizmih DNA [1].

=Neposredna in posredna regulacija R-zank=
Poznamo dvoje oblik regulacije nastanka/razgradnje R-zank: neposredno in posredno. Pri neposredni regulaciji se protein veže na R-zanko in jo stabilizira ali pa povzroči njeno razgradnjo, pri posredni pa pride do vpliva na strukturo kromatina, dodatno zvitje, transkripcijo. Eden od glavnih posrednih mehanizmov so transkripcijsko-replikacijski konflikti, saj je na tem mestu DNA v enoverižni obliki, prisotna je pre-mRNA, hkrati pa se zaradi počasnejšega premikanja RNA-polimeraze II (RNAPII) zaradi steričnega oviranja upočasni transkripcija.

Ker prekomerno število R-zank povezujemo z mnogimi patološkimi stanji kot so rak in različne nevrodegenerativne bolezni, celice potrebujejo posebne mehanizme, ki R-zanke odstranjujejo. Poznamo jih več vrst, in sicer jih večina deluje na podlagi encimov. Ena skupina med njimi so endonukleaze, ki cepijo fosfodiestrske vezi v molekuli mRNA in s tem razgrajujejo RNA v R-zanki. Primera teh encimov sta RNAzaH1 in RNAzaH2. R-zanke pa lahko odstranjujejo tudi helikaze, ki pomagajo pri razvijanju hibrida nukleinskih kislin s cepitvami vodikovih vezi ob porabi energije ATP – večinoma lahko delujejo bodisi na hibrid DNA:RNA bodisi na G-kvadruplekse. Obstajajo še drugi mehanizmi razgradnje R-zank, ki pa še niso popolnoma pojasnjeni [1,2,3].

==R-zanke v povezavi z regulacijo transkripcije==
R-zanke najpogosteje nastanejo na promotorskih in terminatorskih regijah genov. Pojavnost R-zank na promotorskih regijah je večinoma povezana s promocijo transkripcije zaradi vezave transkripcijskih faktorjev na G-kvadruplekse. Na terminatorskih regijah omenjene zanke nastajajo kot matrica za vezavo helikaze SETX, ki zanko razdre, nato pa se na RNA veže eksonukleaza XRN2, ki jo razgradi in omogoči odstranitev RNAPII s čimer se transkripcija zaključi.

Ker je usoda RNA molekule v R-zanki njena relativno hitra razgradnja, je ta primernejša tarča za celične mehanizme, ki spreminjajo stabilnost in uravnavajo regulacijo R-zank brez vplivov na genom. Najpogostejša modifikacija RNA je pretvorba A v I (inozin) – to reakcijo katalizira skupina encimov RNA-specifične adenozin deaminaze. Ti nadzirajo količino telomernih R-zank v rakavih celicah in sicer tako, da to alternativno parjenje baz omogoči prepoznavo in razgradnjo zank z RNAzoH2. Druga oblika RNA modifikacije je metilacija adenozinov na N6 atomu (m6A), kar stabilizira strukture R-zank; obratno torej izguba teh modifikacij povzroči drastično znižanje njihovega števila in napake pri zaključevanju transkripcije [1,4].

==Vplivi na epigenetske modifikacije==
R-zanke vplivajo tudi na epigenetske modifikacije v celici. Tako lahko na genski zapis vplivajo tudi dolgoročno, ne samo ob svojem nastanku.

V splošnem velja, da metilacija histonov zavira, acetilacija pa promovira transkripcijo. Dokazali so, da odsotnost kompleksa, ki tri-metilira Lys27 na H3 podenoti histona in hkrati prisotnost histon-acetiltransferaznega kompleksa v mišjih matičnih celicah povzroči tvorbo promotorskih R-zank. Nasprotno obratna situacija – razgradnja R-zank z RNAzoH zaradi mutacije, ki poveča njeno izražanje - povzroči povečanje obsega transkripcije prvega in zniža izražanje drugega omenjenega kompleksa.

R-zanke se tvorijo na nemetiliranih CpG otočkih promotorja, R-zanke pa z G-kvadrupleksi hkrati pomagajo ohranjati to ne-metilirano stanje, saj se nanje veže DNA metiltransferaza 1. To ima za posledico ujetje tega encima v katalitično neaktivni obliki na mestih, ki so hipometilirana. Na ta način torej R-zanke pasivno blokirajo metilacijo DNA. Poznani so tudi že mehanizmi, ko celica ob zaustavitvi rasti ali ob poškodbi DNA začne izražati protein GADD45A. Nanj se nato lahko veže protein TET1, ki aktivno demetilira CpG otočke [1].

=Vloga v organizaciji genoma=
V jedru je struktura kromatina organizirana na več ravneh, ki jih okvirno delimo na kompartmente, topološko asociirane domene (TAD) in kromatinske zanke. Tridimenzionalna ureditev genoma omogoča ustrezne stike med genomskimi elementi, prav tako pa vzpostavlja jasne meje med sosednjimi regijami. Ključno vlogo pri uravnavanju razdalj med posameznimi genomskimi elementi imajo kromatinske zanke znotraj TAD, ki nastanejo z drsenjem DNA verige skozi obroč kohezina. Proces se ustavi, ko kohezin naleti na vezan stop signal, najpogosteje arhitekturni protein CTCF, ki deluje kot mejni element in določa robove kromatinskih zank (slika 1: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12044674/figure/F4/) [1,5].
==Regulacija vezave CTCF in vplivi==
Prav na mejah med TAD ter na mestih vezave CTCF se pogosto pojavljajo tudi R-zanke in G4 kompleksi, torej ni presenetljivo, da pri urejanju genoma igrajo določeno vlogo. CTCF se veže na specifična DNA zaporedja, vendar je stabilnost vezave odvisna od mnogih faktorjev, kot so recimo lokalne strukture. Eksperimentalni podatki kažejo, da prisotnost R-zank v bližini CTCF motiva poveča njegovo afiniteto za vezavo, dodatna prisotnost G4 struktur pa vezavo še okrepi.
Ključno je, da se CTCF torej ne veže direktno na te strukture, ampak da delujejo posredno, tako da povečajo dostopnost DNA ter stabilizirajo konformacijo, ki je ugodna za vezavo. Regije, ki so bogate z R-zankami in G4, so zato pogosteje povezane z vezavo CTCF, kar prispeva k vzpostavitvi jasno definiranih območij z omejenimi medsebojnimi interakcijami.
V širšem kontekstu lahko R-zanke in G4 vplivajo na delovanje kohezinskega kompleksa tudi neodvisno od CTCF. Določene raziskave kažejo, da lahko te strukture delujejo kot funkcionalna ovira oz. stop signal, neodvisno od drugih proteinov. S tem dodatno prispevajo k nastanku in regulaciji kromatinskih zank [5].

==Vpliv na ureditev kohezina==
Kohezin se na DNA, ko je ta v odprti konformaciji, naloži v obroč, skozi katerega nato DNA drsi in s tem omogoča nastanek kromatinske zanke. Proces nalaganja in zapiranja obroča se odvija ob pomoči nalagalnega kompleksa NIPBL-MAU2, ki katalizira vezavo kohezinskega kompleksa. Študije kažejo, da se lahko ena izmed podenot kohezinskega kompleksa v določenih kontekstih neodvisno veže na R-zanko, ter po uspešni vezavi promovira sestavitev funkcionalnega kompleksa, tudi v odsotnosti NIPBL-MAU2. Takšni mehanizmi lahko delujejo kot dodatna ali alternativna pot usmerjanja kohezinov na specifična mesta genoma, zlasti v območjih aktivne transkripcije, kjer so R-zanke pogoste [1].

=Zaključek=
R-zanke so kot skupek DNA in RNA hibrida ter G-kvadrupleksa torej strukturna oblika kromatina, ki imajo pomembno vplivajo na izražanje genov, epigenetske modifikacije kromatina in organizacijo genoma. Njihova pojavnost je rezultat skupka natančno reguliranih in medsebojno povezanih procesov, ki bodisi vodijo v nastanek bodisi v razgradnjo R-zank. Te so eden ključnih dejavnikov pri elongaciji in terminaciji transkripcije, posredno pa nanjo vplivajo tudi preko regulacije metilacij DNA in kovalentnih histonskih modifikacij. Poleg tega imajo pomembno vlogo pri tridimenzionalni organizaciji genoma, kjer vplivajo na vezavo proteinov in na delovanje kohezinskega kompleksa. Navkljub dosedanjim odkritjem pa to ostaja področje, na katerem je še ogromno neznanega [1].

=Viri=
[1] P. Wulfridge, K. Sarma: Intertwining roles of R-loops and G-quadruplexes in DNA repair, transcription, and genome organization. Nat. Cell Biol. 2024, 26, 1025–1036. DOI: 10.1038/s41556-024-01437-4 
[2] L. Goehring, T. T. Huang, D. J. Smith: Transcription-replication conflicts as a source of genome instability. Annu. Rev. Genet. 2023, 57, 157–179. DOI: 10.1146/annurev-genet-080320-031523 
[3] M. Hyjek, M. Figiel, M. Nowotny: RNases H: Structure and mechanism. DNA Repair 2019, 84, 102672. DOI: 10.1016/j.dnarep.2019.102672 
[4] A. L. Yablonovitch, P. Deng, D. Jacobson, J. B. Li: The evolution and adaptation of A-to-I RNA editing. PLoS Genet. 2017, 13, e1007064. DOI: 10.1371/journal.pgen.1007064 
[5] P. Wulfridge, Q. Yan, N. Rell, J. Doherty, S. Jacobson, S. Offley, S. Deliard, K. Feng, J. E. Phillips-Cremins, A. Gardini idr.: G-quadruplexes associated with R-loops promote CTCF binding. Mol. Cell 2023, 83, 3064-3079.e5. DOI: 10.1016/j.molcel.2023.07.009 

[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]

R-zanke in G-kvadrupleksi pri organizaciji genoma in transkripciji

2026-04-12T09:14:53Z

Žiga Černoša: /* R-zanke v povezavi z regulacijo transkripcije */

=Uvod=
Kromatin si navadno predstavljamo kot dvojno DNK vijačnico, ovito okoli histonskih proteinov, vendar je njegova oblika v celici dejansko vselej spreminjajoča in jo lahko opazujemo v različnih konformacijah. Ena izmed teh je tri vijačna struktura, imenovana R-zanka, ki nastane, ko se veriga RNK vrine v DNK vijačnico in poveže z eno izmed verig. Ta struktura najpogosteje nastane med transkripcijo, ko se novo sintetizirana mRNK veže nazaj na svojo matrično DNK verigo, lahko pa se tvori tudi ob vezavi dolgih ne kodirajočih RNK (angl. lncRNA) na specifične regije genoma. Nagnjenost kromatina k tvorbi R-zank je odvisna od mnogih dejavnikov, recimo dodatnega zvitja, ključen pomen pa ima samo zaporedje nukleotidov. Najugodnejše so regije, kjer je matrična DNK veriga bogata z citozinom, saj je povezava z gvaninom bogato RNK verigo zelo termodinamsko ugodna, prav tako pa se v izpodrinjeni DNK verigi tripleti gvaninskih baz lahko organizirajo v sekundarno strukturo, imenovano G-kvadrupleks (G4). To je stabilna struktura, v kateri se štirje gvanini povežejo v ravninske G-tetrade z vodikovimi vezmi, te pa se zlagajo ena nad drugo in jih stabilizirajo kovinski ioni (npr. K⁺), prav tako pripomorejo k skupni obstojnosti kompleksa R-zanke. Oba pojava imata v genomu pomembno vlogo pri regulaciji transkripcije, epigenetskih procesih in popravljalnih mehanizmih DNK [1].

=Neposredna in posredna regulacija R-zank=
Poznamo dvoje oblik regulacije nastanka/razgradnje R-zank: neposredno in posredno. Pri neposredni regulaciji se protein veže na R-zanko in jo stabilizira ali pa povzroči njeno razgradnjo, pri posredni pa pride do vpliva na strukturo kromatina, dodatno zvitje, transkripcijo. Eden od glavnih posrednih mehanizmov so transkripcijsko-replikacijski konflikti, saj je na tem mestu DNA v enoverižni obliki, prisotna je pre-mRNA, hkrati pa se zaradi počasnejšega premikanja RNA-polimeraze II (RNAPII) zaradi steričnega oviranja upočasni transkripcija.

Ker prekomerno število R-zank povezujemo z mnogimi patološkimi stanji kot so rak in različne nevrodegenerativne bolezni, celice potrebujejo posebne mehanizme, ki R-zanke odstranjujejo. Poznamo jih več vrst, in sicer jih večina deluje na podlagi encimov. Ena skupina med njimi so endonukleaze, ki cepijo fosfodiestrske vezi v molekuli mRNA in s tem razgrajujejo RNA v R-zanki. Primera teh encimov sta RNAzaH1 in RNAzaH2. R-zanke pa lahko odstranjujejo tudi helikaze, ki pomagajo pri razvijanju hibrida nukleinskih kislin s cepitvami vodikovih vezi ob porabi energije ATP – večinoma lahko delujejo bodisi na hibrid DNA:RNA bodisi na G-kvadruplekse. Obstajajo še drugi mehanizmi razgradnje R-zank, ki pa še niso popolnoma pojasnjeni.

==R-zanke v povezavi z regulacijo transkripcije==
R-zanke najpogosteje nastanejo na promotorskih in terminatorskih regijah genov. Pojavnost R-zank na promotorskih regijah je večinoma povezana s promocijo transkripcije zaradi vezave transkripcijskih faktorjev na G-kvadruplekse. Na terminatorskih regijah omenjene zanke nastajajo kot matrica za vezavo helikaze SETX, ki zanko razdre, nato pa se na RNA veže eksonukleaza XRN2, ki jo razgradi in omogoči odstranitev RNAPII s čimer se transkripcija zaključi.

Ker je usoda RNA molekule v R-zanki njena relativno hitra razgradnja, je ta primernejša tarča za celične mehanizme, ki spreminjajo stabilnost in uravnavajo regulacijo R-zank brez vplivov na genom. Najpogostejša modifikacija RNA je pretvorba A v I (inozin) – to reakcijo katalizira skupina encimov RNA-specifične adenozin deaminaze. Ti nadzirajo količino telomernih R-zank v rakavih celicah in sicer tako, da to alternativno parjenje baz omogoči prepoznavo in razgradnjo zank z RNAzoH2. Druga oblika RNA modifikacije je metilacija adenozinov na N6 atomu (m6A), kar stabilizira strukture R-zank; obratno torej izguba teh modifikacij povzroči drastično znižanje njihovega števila in napake pri zaključevanju transkripcije.

==Vplivi na epigenetske modifikacije==
R-zanke vplivajo tudi na epigenetske modifikacije v celici. Tako lahko na genski zapis vplivajo tudi dolgoročno, ne samo ob svojem nastanku.

V splošnem velja, da metilacija histonov zavira, acetilacija pa promovira transkripcijo. Dokazali so, da odsotnost kompleksa, ki tri-metilira Lys27 na H3 podenoti histona in hkrati prisotnost histon-acetiltransferaznega kompleksa v mišjih matičnih celicah povzroči tvorbo promotorskih R-zank. Nasprotno obratna situacija – razgradnja R-zank z RNAzoH zaradi mutacije, ki poveča njeno izražanje - povzroči povečanje obsega transkripcije prvega in zniža izražanje drugega omenjenega kompleksa.

R-zanke se tvorijo na nemetiliranih CpG otočkih promotorja, R-zanke pa z G-kvadrupleksi hkrati pomagajo ohranjati to ne-metilirano stanje, saj se nanje veže DNA metiltransferaza 1. To ima za posledico ujetje tega encima v katalitično neaktivni obliki na mestih, ki so hipometilirana. Na ta način torej R-zanke pasivno blokirajo metilacijo DNA. Poznani so tudi že mehanizmi, ko celica ob zaustavitvi rasti ali ob poškodbi DNA začne izražati protein GADD45A. Nanj se nato lahko veže protein TET1, ki aktivno demetilira CpG otočke.

=Vloga v organizaciji genoma=
V jedru je struktura kromatina organizirana na več ravneh, ki jih okvirno delimo na kompartmente, topološko asociirane domene (TAD) in kromatinske zanke. Tridimenzionalna ureditev genoma omogoča ustrezne stike med genomskimi elementi, prav tako pa vzpostavlja jasne meje med sosednjimi regijami. Ključno vlogo pri uravnavanju razdalj med posameznimi genomskimi elementi imajo kromatinske zanke znotraj TAD, ki nastanejo z drsenjem DNK verige skozi obroč kohezina. Proces se ustavi, ko kohezin naleti na vezan stop signal, najpogosteje arhitekturni protein CTCF, ki deluje kot mejni element in določa robove kromatinskih zank (slika 1: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12044674/figure/F4/) [1].
==Regulacija vezave CTCF in vplivi==
Prav na mejah med TAD ter na mestih vezave CTCF se pogosto pojavljajo tudi R-zanke in G4 kompleksi, torej ni presenetljivo, da pri urejanju genoma igrajo določeno vlogo. CTCF se veže na specifična DNK zaporedja, vendar je stabilnost vezave odvisna od mnogih faktorjev, kot so recimo lokalne strukture. Eksperimentalni podatki kažejo, da prisotnost R-zank v bližini CTCF motiva poveča njegovo afiniteto za vezavo, dodatna prisotnost G4 struktur pa vezavo še okrepi.
Ključno je, da se CTCF torej ne veže direktno na te strukture, ampak da delujejo posredno, tako da povečajo dostopnost DNK ter stabilizirajo konformacijo, ki je ugodna za vezavo. Regije, ki so bogate z R-zankami in G4, so zato pogosteje povezane z vezavo CTCF, kar prispeva k vzpostavitvi jasno definiranih območij z omejenimi medsebojnimi interakcijami.
V širšem kontekstu lahko R-zanke in G4 vplivajo na delovanje kohezinskega kompleksa tudi neodvisno od CTCF. Določene raziskave kažejo, da lahko te strukture delujejo kot funkcionalna ovira oz. stop signal, neodvisno od drugih proteinov. S tem dodatno prispevajo k nastanku in regulaciji kromatinskih zank [2].

==Vpliv na ureditev kohezina==
Kohezin se na DNK, ko je ta v odprti konformaciji, naloži v obroč, skozi katerega nato DNK drsi in s tem omogoča nastanek kromatinske zanke. Proces nalaganja in zapiranja obroča se odvija ob pomoči nalagalnega kompleksa NIPBL-MAU2, ki katalizira vezavo kohezinskega kompleksa. Študije kažejo, da se lahko ena izmed podenot kohezinskega kompleksa v določenih kontekstih neodvisno veže na R-zanko, ter po uspešni vezavi promovira sestavitev funkcionalnega kompleksa, tudi v odsotnosti NIPBL-MAU2. Takšni mehanizmi lahko delujejo kot dodatna ali alternativna pot usmerjanja kohezinov na specifična mesta genoma, zlasti v območjih aktivne transkripcije, kjer so R-zanke pogoste. [1].

=Zaključek=
R-zanke so torej strukturna oblika kromatina, ki imajo pomembno vplivajo na izražanje genov, epigenetske modifikacije kromatina in organizacijo genoma. Njihova pojavnost je rezultat skupka natančno reguliranih in medsebojno povezanih procesov, ki bodisi vodijo v nastanek bodisi v razgradnjo R-zank. Te so eden ključnih dejavnikov pri elongaciji in terminaciji transkripcije, posredno pa nanjo vplivajo tudi preko regulacije metilacij DNA in kovalentnih histonskih modifikacij. Poleg tega imajo pomembno vlogo pri tridimenzionalni organizaciji genoma, kjer vplivajo na vezavo proteinov in na delovanje kohezinskega kompleksa. Navkljub dosedanjim odkritjem pa to ostaja področje, na katerem je še ogromno neznanega.

=Viri=
[1] P. Wulfridge, K. Sarma: Intertwining roles of R-loops and G-quadruplexes in DNA repair, transcription, and genome organization. Nat. Cell Biol. 2024, 26, 1025–1036. DOI: 10.1038/s41556-024-01437-4 
[2] P. Wulfridge, Q. Yan, N. Rell, J. Doherty, S. Jacobson, S. Offley, S. Deliard, K. Feng, J. E. Phillips-Cremins, A. Gardini idr.: G-quadruplexes associated with R-loops promote CTCF binding. Mol. Cell 2023, 83, 3064-3079.e5. DOI: 10.1016/j.molcel.2023.07.009

[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]

R-zanke in G-kvadrupleksi pri organizaciji genoma in transkripciji

2026-04-12T09:14:17Z

Žiga Černoša:

=Uvod=
Kromatin si navadno predstavljamo kot dvojno DNK vijačnico, ovito okoli histonskih proteinov, vendar je njegova oblika v celici dejansko vselej spreminjajoča in jo lahko opazujemo v različnih konformacijah. Ena izmed teh je tri vijačna struktura, imenovana R-zanka, ki nastane, ko se veriga RNK vrine v DNK vijačnico in poveže z eno izmed verig. Ta struktura najpogosteje nastane med transkripcijo, ko se novo sintetizirana mRNK veže nazaj na svojo matrično DNK verigo, lahko pa se tvori tudi ob vezavi dolgih ne kodirajočih RNK (angl. lncRNA) na specifične regije genoma. Nagnjenost kromatina k tvorbi R-zank je odvisna od mnogih dejavnikov, recimo dodatnega zvitja, ključen pomen pa ima samo zaporedje nukleotidov. Najugodnejše so regije, kjer je matrična DNK veriga bogata z citozinom, saj je povezava z gvaninom bogato RNK verigo zelo termodinamsko ugodna, prav tako pa se v izpodrinjeni DNK verigi tripleti gvaninskih baz lahko organizirajo v sekundarno strukturo, imenovano G-kvadrupleks (G4). To je stabilna struktura, v kateri se štirje gvanini povežejo v ravninske G-tetrade z vodikovimi vezmi, te pa se zlagajo ena nad drugo in jih stabilizirajo kovinski ioni (npr. K⁺), prav tako pripomorejo k skupni obstojnosti kompleksa R-zanke. Oba pojava imata v genomu pomembno vlogo pri regulaciji transkripcije, epigenetskih procesih in popravljalnih mehanizmih DNK [1].

=Neposredna in posredna regulacija R-zank=
Poznamo dvoje oblik regulacije nastanka/razgradnje R-zank: neposredno in posredno. Pri neposredni regulaciji se protein veže na R-zanko in jo stabilizira ali pa povzroči njeno razgradnjo, pri posredni pa pride do vpliva na strukturo kromatina, dodatno zvitje, transkripcijo. Eden od glavnih posrednih mehanizmov so transkripcijsko-replikacijski konflikti, saj je na tem mestu DNA v enoverižni obliki, prisotna je pre-mRNA, hkrati pa se zaradi počasnejšega premikanja RNA-polimeraze II (RNAPII) zaradi steričnega oviranja upočasni transkripcija.

Ker prekomerno število R-zank povezujemo z mnogimi patološkimi stanji kot so rak in različne nevrodegenerativne bolezni, celice potrebujejo posebne mehanizme, ki R-zanke odstranjujejo. Poznamo jih več vrst, in sicer jih večina deluje na podlagi encimov. Ena skupina med njimi so endonukleaze, ki cepijo fosfodiestrske vezi v molekuli mRNA in s tem razgrajujejo RNA v R-zanki. Primera teh encimov sta RNAzaH1 in RNAzaH2. R-zanke pa lahko odstranjujejo tudi helikaze, ki pomagajo pri razvijanju hibrida nukleinskih kislin s cepitvami vodikovih vezi ob porabi energije ATP – večinoma lahko delujejo bodisi na hibrid DNA:RNA bodisi na G-kvadruplekse. Obstajajo še drugi mehanizmi razgradnje R-zank, ki pa še niso popolnoma pojasnjeni.

==R-zanke v povezavi z regulacijo transkripcije==
R-zanke najpogosteje nastanejo na promotorskih in terminatorskih regijah genov. Pojavnost R-zank na promotorskih regijah je večinoma povezana s promocijo transkripcije zaradi vezave transkripcijskih faktorjev na G-kvadruplekse. Na terminatorskih regijah omenjene zanke nastajajo kot matrica za vezavo helikaze SETX, ki zanko razdre, nato pa se na RNA veže eksonukleaza XRN2, ki jo razgradi in omogoči odstranitev RNAPII s čimer se transkripcija zaključi.

Ker je usoda RNA molekule v R-zanki njena relativno hitra razgradnja, je ta primernejša tarča za celične mehanizme, ki spreminjajo stabilnost in uravnavajo regulacijo R-zank brez vplivov na genom. Najpogostejša modifikacija RNA je pretvorba A v I (inozin) – to reakcijo katalizira skupina encimov RNA-specifične adenozin deaminaze. Ti nadzirajo količino telomernih R-zank v rakavih celicah in sicer tako, da to alternativno parjenje baz omogoči prepoznavo in razgradnjo zank z RNAzoH2. Druga oblika RNA modifikacije je metilacija adenozinov na N6 atomu (m6A), kar stabilizira strukture R-zank; obratno torej izguba teh modifikacij povzroči drastično znižanje njihovega števila in napake pri zaključku transkripcije.

==Vplivi na epigenetske modifikacije==
R-zanke vplivajo tudi na epigenetske modifikacije v celici. Tako lahko na genski zapis vplivajo tudi dolgoročno, ne samo ob svojem nastanku.

V splošnem velja, da metilacija histonov zavira, acetilacija pa promovira transkripcijo. Dokazali so, da odsotnost kompleksa, ki tri-metilira Lys27 na H3 podenoti histona in hkrati prisotnost histon-acetiltransferaznega kompleksa v mišjih matičnih celicah povzroči tvorbo promotorskih R-zank. Nasprotno obratna situacija – razgradnja R-zank z RNAzoH zaradi mutacije, ki poveča njeno izražanje - povzroči povečanje obsega transkripcije prvega in zniža izražanje drugega omenjenega kompleksa.

R-zanke se tvorijo na nemetiliranih CpG otočkih promotorja, R-zanke pa z G-kvadrupleksi hkrati pomagajo ohranjati to ne-metilirano stanje, saj se nanje veže DNA metiltransferaza 1. To ima za posledico ujetje tega encima v katalitično neaktivni obliki na mestih, ki so hipometilirana. Na ta način torej R-zanke pasivno blokirajo metilacijo DNA. Poznani so tudi že mehanizmi, ko celica ob zaustavitvi rasti ali ob poškodbi DNA začne izražati protein GADD45A. Nanj se nato lahko veže protein TET1, ki aktivno demetilira CpG otočke.

=Vloga v organizaciji genoma=
V jedru je struktura kromatina organizirana na več ravneh, ki jih okvirno delimo na kompartmente, topološko asociirane domene (TAD) in kromatinske zanke. Tridimenzionalna ureditev genoma omogoča ustrezne stike med genomskimi elementi, prav tako pa vzpostavlja jasne meje med sosednjimi regijami. Ključno vlogo pri uravnavanju razdalj med posameznimi genomskimi elementi imajo kromatinske zanke znotraj TAD, ki nastanejo z drsenjem DNK verige skozi obroč kohezina. Proces se ustavi, ko kohezin naleti na vezan stop signal, najpogosteje arhitekturni protein CTCF, ki deluje kot mejni element in določa robove kromatinskih zank (slika 1: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12044674/figure/F4/) [1].
==Regulacija vezave CTCF in vplivi==
Prav na mejah med TAD ter na mestih vezave CTCF se pogosto pojavljajo tudi R-zanke in G4 kompleksi, torej ni presenetljivo, da pri urejanju genoma igrajo določeno vlogo. CTCF se veže na specifična DNK zaporedja, vendar je stabilnost vezave odvisna od mnogih faktorjev, kot so recimo lokalne strukture. Eksperimentalni podatki kažejo, da prisotnost R-zank v bližini CTCF motiva poveča njegovo afiniteto za vezavo, dodatna prisotnost G4 struktur pa vezavo še okrepi.
Ključno je, da se CTCF torej ne veže direktno na te strukture, ampak da delujejo posredno, tako da povečajo dostopnost DNK ter stabilizirajo konformacijo, ki je ugodna za vezavo. Regije, ki so bogate z R-zankami in G4, so zato pogosteje povezane z vezavo CTCF, kar prispeva k vzpostavitvi jasno definiranih območij z omejenimi medsebojnimi interakcijami.
V širšem kontekstu lahko R-zanke in G4 vplivajo na delovanje kohezinskega kompleksa tudi neodvisno od CTCF. Določene raziskave kažejo, da lahko te strukture delujejo kot funkcionalna ovira oz. stop signal, neodvisno od drugih proteinov. S tem dodatno prispevajo k nastanku in regulaciji kromatinskih zank [2].

==Vpliv na ureditev kohezina==
Kohezin se na DNK, ko je ta v odprti konformaciji, naloži v obroč, skozi katerega nato DNK drsi in s tem omogoča nastanek kromatinske zanke. Proces nalaganja in zapiranja obroča se odvija ob pomoči nalagalnega kompleksa NIPBL-MAU2, ki katalizira vezavo kohezinskega kompleksa. Študije kažejo, da se lahko ena izmed podenot kohezinskega kompleksa v določenih kontekstih neodvisno veže na R-zanko, ter po uspešni vezavi promovira sestavitev funkcionalnega kompleksa, tudi v odsotnosti NIPBL-MAU2. Takšni mehanizmi lahko delujejo kot dodatna ali alternativna pot usmerjanja kohezinov na specifična mesta genoma, zlasti v območjih aktivne transkripcije, kjer so R-zanke pogoste. [1].

=Zaključek=
R-zanke so torej strukturna oblika kromatina, ki imajo pomembno vplivajo na izražanje genov, epigenetske modifikacije kromatina in organizacijo genoma. Njihova pojavnost je rezultat skupka natančno reguliranih in medsebojno povezanih procesov, ki bodisi vodijo v nastanek bodisi v razgradnjo R-zank. Te so eden ključnih dejavnikov pri elongaciji in terminaciji transkripcije, posredno pa nanjo vplivajo tudi preko regulacije metilacij DNA in kovalentnih histonskih modifikacij. Poleg tega imajo pomembno vlogo pri tridimenzionalni organizaciji genoma, kjer vplivajo na vezavo proteinov in na delovanje kohezinskega kompleksa. Navkljub dosedanjim odkritjem pa to ostaja področje, na katerem je še ogromno neznanega.

=Viri=
[1] P. Wulfridge, K. Sarma: Intertwining roles of R-loops and G-quadruplexes in DNA repair, transcription, and genome organization. Nat. Cell Biol. 2024, 26, 1025–1036. DOI: 10.1038/s41556-024-01437-4 
[2] P. Wulfridge, Q. Yan, N. Rell, J. Doherty, S. Jacobson, S. Offley, S. Deliard, K. Feng, J. E. Phillips-Cremins, A. Gardini idr.: G-quadruplexes associated with R-loops promote CTCF binding. Mol. Cell 2023, 83, 3064-3079.e5. DOI: 10.1016/j.molcel.2023.07.009

[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]

R-zanke in G-kvadrupleksi pri organizaciji genoma in transkripciji

2026-04-12T00:18:55Z

Žiga Černoša: /* R-zanke v povezavi z regulacijo transkripcije */

=Uvod=
Kromatin si navadno predstavljamo kot dvojno DNK vijačnico, ovito okoli histonskih proteinov, vendar je njegova oblika v celici dejansko vselej spreminjajoča in jo lahko opazujemo v različnih konformacijah. Ena izmed teh je tri vijačna struktura, imenovana R-zanka, ki nastane, ko se veriga RNK vrine v DNK vijačnico in poveže z eno izmed verig. Ta struktura najpogosteje nastane med transkripcijo, ko se novo sintetizirana mRNK veže nazaj na svojo matrično DNK verigo, lahko pa se tvori tudi ob vezavi dolgih ne kodirajočih RNK (angl. lncRNA) na specifične regije genoma. Nagnjenost kromatina k tvorbi R-zank je odvisna od mnogih dejavnikov, recimo dodatnega zvitja, ključen pomen pa ima samo zaporedje nukleotidov. Najugodnejše so regije, kjer je matrična DNK veriga bogata z citozinom, saj je povezava z gvaninom bogato RNK verigo zelo termodinamsko ugodna, prav tako pa se v izpodrinjeni DNK verigi tripleti gvaninskih baz lahko organizirajo v sekundarno strukturo, imenovano G-kvadrupleks (G4). To je stabilna struktura, v kateri se štirje gvanini povežejo v ravninske G-tetrade z vodikovimi vezmi, te pa se zlagajo ena nad drugo in jih stabilizirajo kovinski ioni (npr. K⁺), prav tako pripomorejo k skupni obstojnosti kompleksa R-zanke. Oba pojava imata v genomu pomembno vlogo pri regulaciji transkripcije, epigenetskih procesih in popravljalnih mehanizmih DNK [1].

=Neposredna in posredna regulacija R-zank=
Poznamo dvoje oblik regulacije nastanka/razgradnje R-zank: neposredno in posredno. Pri neposredni regulaciji se protein veže na R-zanko in jo stabilizira ali pa povzroči njeno razgradnjo, pri posredni pa pride do vpliva na strukturo kromatina, dodatno zvitje, transkripcijo. Eden od glavnih posrednih mehanizmov so transkripcijsko-replikacijski konflikti, saj je na tem mestu DNA v enoverižni obliki, prisotna je pre-mRNA, hkrati pa se zaradi počasnejšega premikanja RNA-polimeraze II (RNAPII) zaradi steričnega oviranja upočasni transkripcija.

Ker prekomerno število R-zank povezujemo z mnogimi patološkimi stanji kot so rak in različne nevrodegenerativne bolezni, celice potrebujejo posebne mehanizme, ki R-zanke odstranjujejo. Poznamo jih več vrst, in sicer jih večina deluje na podlagi encimov. Ena skupina med njimi so endonukleaze, ki cepijo fosfodiestrske vezi v molekuli mRNA in s tem razgrajujejo RNA v R-zanki. Primera teh encimov sta RNAzaH1 in RNAzaH2. R-zanke pa lahko odstranjujejo tudi helikaze, ki pomagajo pri razvijanju hibrida nukleinskih kislin s cepitvami vodikovih vezi ob porabi energije ATP – večinoma lahko delujejo bodisi na hibrid DNA:RNA bodisi na G-kvadruplekse. Obstajajo še drugi mehanizmi razgradnje R-zank, ki pa še niso popolnoma pojasnjeni.

==R-zanke v povezavi z regulacijo transkripcije==
R-zanke najpogosteje nastanejo na promotorskih in terminatorskih regijah genov. Pojavnost R-zank na promotorskih regijah je večinoma povezana s promocijo transkripcije zaradi vezave transkripcijskih faktorjev na G-kvadruplekse. Na terminatorskih regijah omenjene zanke nastajajo kot matrica za vezavo helikaze SETX, ki zanko razdre, nato pa se na RNA veže eksonukleaza XRN2, ki jo razgradi in omogoči odstranitev RNAPII s čimer se transkripcija zaključi.

Ker je usoda RNA molekule v R-zanki njena relativno hitra razgradnja, je ta primernejša tarča za celične mehanizme, ki spreminjajo stabilnost in uravnavajo regulacijo R-zank brez vplivov na genom. Najpogostejša modifikacija RNA je pretvorba A v I (inozin) – to reakcijo katalizira skupina encimov RNA-specifične adenozin deaminaze. Ti nadzirajo količino telomernih R-zank v rakavih celicah in sicer tako, da to alternativno parjenje baz omogoči prepoznavo in razgradnjo zank z RNAzoH2. Druga oblika RNA modifikacije je metilacija adenozinov na N6 atomu (m6A), kar stabilizira strukture R-zank; obratno torej izguba teh modifikacij povzroči drastično znižanje njihovega števila in napake pri zaključku transkripcije.

==Vplivi na epigenetske modifikacije==
R-zanke vplivajo tudi na epigenetske modifikacije v celici. Tako lahko na genski zapis vplivajo tudi dolgoročno, ne samo ob svojem nastanku.

V splošnem velja, da metilacija histonov zavira, acetilacija pa promovira transkripcijo. Dokazali so, da odsotnost kompleksa, ki tri-metilira Lys27 na H3 podenoti histona in hkrati prisotnost histon-acetiltransferaznega kompleksa v mišjih matičnih celicah povzroči tvorbo promotorskih R-zank. Nasprotno obratna situacija – razgradnja R-zank z RNAzoH zaradi mutacije, ki poveča njeno izražanje - povzroči povečanje obsega transkripcije prvega in zniža izražanje drugega omenjenega kompleksa.

R-zanke se tvorijo na nemetiliranih CpG otočkih promotorja, R-zanke pa z G-kvadrupleksi hkrati pomagajo ohranjati to ne-metilirano stanje, saj se nanje veže DNA metiltransferaza 1. To ima za posledico ujetje tega encima v katalitično neaktivni obliki na mestih, ki so hipometilirana. Na ta način torej R-zanke pasivno blokirajo metilacijo DNA. Poznani so tudi že mehanizmi, ko celica ob zaustavitvi rasti ali ob poškodbi DNA začne izražati protein GADD45A. Nanj se nato lahko veže protein TET1, ki aktivno demetilira CpG otočke.

=Vloga v organizaciji genoma=
V jedru je struktura kromatina organizirana na več ravneh, ki jih okvirno delimo na kompartmente, topološko asociirane domene (TAD) in kromatinske zanke. Tridimenzionalna ureditev genoma omogoča ustrezne stike med genomskimi elementi, prav tako pa vzpostavlja jasne meje med sosednjimi regijami. Ključno vlogo pri uravnavanju razdalj med posameznimi genomskimi elementi imajo kromatinske zanke znotraj TAD, ki nastanejo z drsenjem DNK verige skozi obroč kohezina. Proces se ustavi, ko kohezin naleti na vezan stop signal, najpogosteje arhitekturni protein CTCF, ki deluje kot mejni element in določa robove kromatinskih zank (slika 1: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12044674/figure/F4/) [1].
==Regulacija vezave CTCF in vplivi==
Prav na mejah med TAD ter na mestih vezave CTCF se pogosto pojavljajo tudi R-zanke in G4 kompleksi, torej ni presenetljivo, da pri urejanju genoma igrajo določeno vlogo. CTCF se veže na specifična DNK zaporedja, vendar je stabilnost vezave odvisna od mnogih faktorjev, kot so recimo lokalne strukture. Eksperimentalni podatki kažejo, da prisotnost R-zank v bližini CTCF motiva poveča njegovo afiniteto za vezavo, dodatna prisotnost G4 struktur pa vezavo še okrepi.
Ključno je, da se CTCF torej ne veže direktno na te strukture, ampak da delujejo posredno, tako da povečajo dostopnost DNK ter stabilizirajo konformacijo, ki je ugodna za vezavo. Regije, ki so bogate z R-zankami in G4, so zato pogosteje povezane z vezavo CTCF, kar prispeva k vzpostavitvi jasno definiranih območij z omejenimi medsebojnimi interakcijami.
V širšem kontekstu lahko R-zanke in G4 vplivajo na delovanje kohezinskega kompleksa tudi neodvisno od CTCF. Določene raziskave kažejo, da lahko te strukture delujejo kot funkcionalna ovira oz. stop signal, neodvisno od drugih proteinov. S tem dodatno prispevajo k nastanku in regulaciji kromatinskih zank [2].

==Vpliv na ureditev kohezina==
Kohezin se na DNK, ko je ta v odprti konformaciji, naloži v obroč, skozi katerega nato DNK drsi in s tem omogoča nastanek kromatinske zanke. Proces nalaganja in zapiranja obroča se odvija ob pomoči nalagalnega kompleksa NIPBL-MAU2, ki katalizira vezavo kohezinskega kompleksa. Študije kažejo, da se lahko ena izmed podenot kohezinskega kompleksa v določenih kontekstih neodvisno veže na R-zanko, ter po uspešni vezavi promovira sestavitev funkcionalnega kompleksa, tudi v odsotnosti NIPBL-MAU2. Takšni mehanizmi lahko delujejo kot dodatna ali alternativna pot usmerjanja kohezinov na specifična mesta genoma, zlasti v območjih aktivne transkripcije, kjer so R-zanke pogoste. [1].

=Zaključek=
=Viri=
[1] P. Wulfridge, K. Sarma: Intertwining roles of R-loops and G-quadruplexes in DNA repair, transcription, and genome organization. Nat. Cell Biol. 2024, 26, 1025–1036. DOI: 10.1038/s41556-024-01437-4 
[2] P. Wulfridge, Q. Yan, N. Rell, J. Doherty, S. Jacobson, S. Offley, S. Deliard, K. Feng, J. E. Phillips-Cremins, A. Gardini idr.: G-quadruplexes associated with R-loops promote CTCF binding. Mol. Cell 2023, 83, 3064-3079.e5. DOI: 10.1016/j.molcel.2023.07.009

[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]

R-zanke in G-kvadrupleksi pri organizaciji genoma in transkripciji

2026-04-12T00:16:00Z

Žiga Černoša: /* Vplivi na epigenetske modifikacije */

=Uvod=
Kromatin si navadno predstavljamo kot dvojno DNK vijačnico, ovito okoli histonskih proteinov, vendar je njegova oblika v celici dejansko vselej spreminjajoča in jo lahko opazujemo v različnih konformacijah. Ena izmed teh je tri vijačna struktura, imenovana R-zanka, ki nastane, ko se veriga RNK vrine v DNK vijačnico in poveže z eno izmed verig. Ta struktura najpogosteje nastane med transkripcijo, ko se novo sintetizirana mRNK veže nazaj na svojo matrično DNK verigo, lahko pa se tvori tudi ob vezavi dolgih ne kodirajočih RNK (angl. lncRNA) na specifične regije genoma. Nagnjenost kromatina k tvorbi R-zank je odvisna od mnogih dejavnikov, recimo dodatnega zvitja, ključen pomen pa ima samo zaporedje nukleotidov. Najugodnejše so regije, kjer je matrična DNK veriga bogata z citozinom, saj je povezava z gvaninom bogato RNK verigo zelo termodinamsko ugodna, prav tako pa se v izpodrinjeni DNK verigi tripleti gvaninskih baz lahko organizirajo v sekundarno strukturo, imenovano G-kvadrupleks (G4). To je stabilna struktura, v kateri se štirje gvanini povežejo v ravninske G-tetrade z vodikovimi vezmi, te pa se zlagajo ena nad drugo in jih stabilizirajo kovinski ioni (npr. K⁺), prav tako pripomorejo k skupni obstojnosti kompleksa R-zanke. Oba pojava imata v genomu pomembno vlogo pri regulaciji transkripcije, epigenetskih procesih in popravljalnih mehanizmih DNK [1].

=Neposredna in posredna regulacija R-zank=
Poznamo dvoje oblik regulacije nastanka/razgradnje R-zank: neposredno in posredno. Pri neposredni regulaciji se protein veže na R-zanko in jo stabilizira ali pa povzroči njeno razgradnjo, pri posredni pa pride do vpliva na strukturo kromatina, dodatno zvitje, transkripcijo. Eden od glavnih posrednih mehanizmov so transkripcijsko-replikacijski konflikti, saj je na tem mestu DNA v enoverižni obliki, prisotna je pre-mRNA, hkrati pa se zaradi počasnejšega premikanja RNA-polimeraze II (RNAPII) zaradi steričnega oviranja upočasni transkripcija.

Ker prekomerno število R-zank povezujemo z mnogimi patološkimi stanji kot so rak in različne nevrodegenerativne bolezni, celice potrebujejo posebne mehanizme, ki R-zanke odstranjujejo. Poznamo jih več vrst, in sicer jih večina deluje na podlagi encimov. Ena skupina med njimi so endonukleaze, ki cepijo fosfodiestrske vezi v molekuli mRNA in s tem razgrajujejo RNA v R-zanki. Primera teh encimov sta RNAzaH1 in RNAzaH2. R-zanke pa lahko odstranjujejo tudi helikaze, ki pomagajo pri razvijanju hibrida nukleinskih kislin s cepitvami vodikovih vezi ob porabi energije ATP – večinoma lahko delujejo bodisi na hibrid DNA:RNA bodisi na G-kvadruplekse. Obstajajo še drugi mehanizmi razgradnje R-zank, ki pa še niso popolnoma pojasnjeni.

==R-zanke v povezavi z regulacijo transkripcije==
Skozi čas so znanstveniki R-zankam pripisali velik pomen pri regulaciji izražanja genov, čeprav so sprva mislili, da gre za neke vrste napake pri transkripciji. Najpogosteje R-zanke nastanejo na promotorskih in terminatorskih regijah genov. Pojavnost R-zank na promotorskih regijah je večinoma povezana s promocijo transkripcije zaradi vezave transkripcijskih faktorjev na G-kvadruplekse. Na terminatorskih regijah omenjene zanke nastajajo kot matrica za vezavo helikaze SETX, ki zanko razdre, nato pa se na RNA veže eksonukleaza XRN2, ki jo razgradi in omogoči odstranitev RNAPII s čimer se transkripcija zaključi.

Ker je usoda RNA molekule v R-zanki njena relativno hitra razgradnja, je ta primernejša tarča za celične mehanizme, ki spreminjajo stabilnost in uravnavajo regulacijo R-zank brez vplivov na genom. Najpogostejša modifikacija RNA je pretvorba A v I (inozin) – to reakcijo katalizira skupina encimov RNA-specifične adenozin deaminaze. Ti nadzirajo količino telomernih R-zank v rakavih celicah in sicer tako, da to alternativno parjenje baz omogoči prepoznavo in razgradnjo zank z RNAzoH2. Druga oblika RNA modifikacije je metilacija adenozinov na N6 atomu (m6A), kar stabilizira strukture R-zank; obratno torej izguba teh modifikacij povzroči drastično znižanje njihovega števila in napake pri zaključku transkripcije.

==Vplivi na epigenetske modifikacije==
R-zanke vplivajo tudi na epigenetske modifikacije v celici. Tako lahko na genski zapis vplivajo tudi dolgoročno, ne samo ob svojem nastanku.

V splošnem velja, da metilacija histonov zavira, acetilacija pa promovira transkripcijo. Dokazali so, da odsotnost kompleksa, ki tri-metilira Lys27 na H3 podenoti histona in hkrati prisotnost histon-acetiltransferaznega kompleksa v mišjih matičnih celicah povzroči tvorbo promotorskih R-zank. Nasprotno obratna situacija – razgradnja R-zank z RNAzoH zaradi mutacije, ki poveča njeno izražanje - povzroči povečanje obsega transkripcije prvega in zniža izražanje drugega omenjenega kompleksa.

R-zanke se tvorijo na nemetiliranih CpG otočkih promotorja, R-zanke pa z G-kvadrupleksi hkrati pomagajo ohranjati to ne-metilirano stanje, saj se nanje veže DNA metiltransferaza 1. To ima za posledico ujetje tega encima v katalitično neaktivni obliki na mestih, ki so hipometilirana. Na ta način torej R-zanke pasivno blokirajo metilacijo DNA. Poznani so tudi že mehanizmi, ko celica ob zaustavitvi rasti ali ob poškodbi DNA začne izražati protein GADD45A. Nanj se nato lahko veže protein TET1, ki aktivno demetilira CpG otočke.

=Vloga v organizaciji genoma=
V jedru je struktura kromatina organizirana na več ravneh, ki jih okvirno delimo na kompartmente, topološko asociirane domene (TAD) in kromatinske zanke. Tridimenzionalna ureditev genoma omogoča ustrezne stike med genomskimi elementi, prav tako pa vzpostavlja jasne meje med sosednjimi regijami. Ključno vlogo pri uravnavanju razdalj med posameznimi genomskimi elementi imajo kromatinske zanke znotraj TAD, ki nastanejo z drsenjem DNK verige skozi obroč kohezina. Proces se ustavi, ko kohezin naleti na vezan stop signal, najpogosteje arhitekturni protein CTCF, ki deluje kot mejni element in določa robove kromatinskih zank (slika 1: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12044674/figure/F4/) [1].
==Regulacija vezave CTCF in vplivi==
Prav na mejah med TAD ter na mestih vezave CTCF se pogosto pojavljajo tudi R-zanke in G4 kompleksi, torej ni presenetljivo, da pri urejanju genoma igrajo določeno vlogo. CTCF se veže na specifična DNK zaporedja, vendar je stabilnost vezave odvisna od mnogih faktorjev, kot so recimo lokalne strukture. Eksperimentalni podatki kažejo, da prisotnost R-zank v bližini CTCF motiva poveča njegovo afiniteto za vezavo, dodatna prisotnost G4 struktur pa vezavo še okrepi.
Ključno je, da se CTCF torej ne veže direktno na te strukture, ampak da delujejo posredno, tako da povečajo dostopnost DNK ter stabilizirajo konformacijo, ki je ugodna za vezavo. Regije, ki so bogate z R-zankami in G4, so zato pogosteje povezane z vezavo CTCF, kar prispeva k vzpostavitvi jasno definiranih območij z omejenimi medsebojnimi interakcijami.
V širšem kontekstu lahko R-zanke in G4 vplivajo na delovanje kohezinskega kompleksa tudi neodvisno od CTCF. Določene raziskave kažejo, da lahko te strukture delujejo kot funkcionalna ovira oz. stop signal, neodvisno od drugih proteinov. S tem dodatno prispevajo k nastanku in regulaciji kromatinskih zank [2].

==Vpliv na ureditev kohezina==
Kohezin se na DNK, ko je ta v odprti konformaciji, naloži v obroč, skozi katerega nato DNK drsi in s tem omogoča nastanek kromatinske zanke. Proces nalaganja in zapiranja obroča se odvija ob pomoči nalagalnega kompleksa NIPBL-MAU2, ki katalizira vezavo kohezinskega kompleksa. Študije kažejo, da se lahko ena izmed podenot kohezinskega kompleksa v določenih kontekstih neodvisno veže na R-zanko, ter po uspešni vezavi promovira sestavitev funkcionalnega kompleksa, tudi v odsotnosti NIPBL-MAU2. Takšni mehanizmi lahko delujejo kot dodatna ali alternativna pot usmerjanja kohezinov na specifična mesta genoma, zlasti v območjih aktivne transkripcije, kjer so R-zanke pogoste. [1].

=Zaključek=
=Viri=
[1] P. Wulfridge, K. Sarma: Intertwining roles of R-loops and G-quadruplexes in DNA repair, transcription, and genome organization. Nat. Cell Biol. 2024, 26, 1025–1036. DOI: 10.1038/s41556-024-01437-4 
[2] P. Wulfridge, Q. Yan, N. Rell, J. Doherty, S. Jacobson, S. Offley, S. Deliard, K. Feng, J. E. Phillips-Cremins, A. Gardini idr.: G-quadruplexes associated with R-loops promote CTCF binding. Mol. Cell 2023, 83, 3064-3079.e5. DOI: 10.1016/j.molcel.2023.07.009

[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]

R-zanke in G-kvadrupleksi pri organizaciji genoma in transkripciji

2026-04-12T00:14:53Z

Žiga Černoša:

=Uvod=
Kromatin si navadno predstavljamo kot dvojno DNK vijačnico, ovito okoli histonskih proteinov, vendar je njegova oblika v celici dejansko vselej spreminjajoča in jo lahko opazujemo v različnih konformacijah. Ena izmed teh je tri vijačna struktura, imenovana R-zanka, ki nastane, ko se veriga RNK vrine v DNK vijačnico in poveže z eno izmed verig. Ta struktura najpogosteje nastane med transkripcijo, ko se novo sintetizirana mRNK veže nazaj na svojo matrično DNK verigo, lahko pa se tvori tudi ob vezavi dolgih ne kodirajočih RNK (angl. lncRNA) na specifične regije genoma. Nagnjenost kromatina k tvorbi R-zank je odvisna od mnogih dejavnikov, recimo dodatnega zvitja, ključen pomen pa ima samo zaporedje nukleotidov. Najugodnejše so regije, kjer je matrična DNK veriga bogata z citozinom, saj je povezava z gvaninom bogato RNK verigo zelo termodinamsko ugodna, prav tako pa se v izpodrinjeni DNK verigi tripleti gvaninskih baz lahko organizirajo v sekundarno strukturo, imenovano G-kvadrupleks (G4). To je stabilna struktura, v kateri se štirje gvanini povežejo v ravninske G-tetrade z vodikovimi vezmi, te pa se zlagajo ena nad drugo in jih stabilizirajo kovinski ioni (npr. K⁺), prav tako pripomorejo k skupni obstojnosti kompleksa R-zanke. Oba pojava imata v genomu pomembno vlogo pri regulaciji transkripcije, epigenetskih procesih in popravljalnih mehanizmih DNK [1].

=Neposredna in posredna regulacija R-zank=
Poznamo dvoje oblik regulacije nastanka/razgradnje R-zank: neposredno in posredno. Pri neposredni regulaciji se protein veže na R-zanko in jo stabilizira ali pa povzroči njeno razgradnjo, pri posredni pa pride do vpliva na strukturo kromatina, dodatno zvitje, transkripcijo. Eden od glavnih posrednih mehanizmov so transkripcijsko-replikacijski konflikti, saj je na tem mestu DNA v enoverižni obliki, prisotna je pre-mRNA, hkrati pa se zaradi počasnejšega premikanja RNA-polimeraze II (RNAPII) zaradi steričnega oviranja upočasni transkripcija.

Ker prekomerno število R-zank povezujemo z mnogimi patološkimi stanji kot so rak in različne nevrodegenerativne bolezni, celice potrebujejo posebne mehanizme, ki R-zanke odstranjujejo. Poznamo jih več vrst, in sicer jih večina deluje na podlagi encimov. Ena skupina med njimi so endonukleaze, ki cepijo fosfodiestrske vezi v molekuli mRNA in s tem razgrajujejo RNA v R-zanki. Primera teh encimov sta RNAzaH1 in RNAzaH2. R-zanke pa lahko odstranjujejo tudi helikaze, ki pomagajo pri razvijanju hibrida nukleinskih kislin s cepitvami vodikovih vezi ob porabi energije ATP – večinoma lahko delujejo bodisi na hibrid DNA:RNA bodisi na G-kvadruplekse. Obstajajo še drugi mehanizmi razgradnje R-zank, ki pa še niso popolnoma pojasnjeni.

==R-zanke v povezavi z regulacijo transkripcije==
Skozi čas so znanstveniki R-zankam pripisali velik pomen pri regulaciji izražanja genov, čeprav so sprva mislili, da gre za neke vrste napake pri transkripciji. Najpogosteje R-zanke nastanejo na promotorskih in terminatorskih regijah genov. Pojavnost R-zank na promotorskih regijah je večinoma povezana s promocijo transkripcije zaradi vezave transkripcijskih faktorjev na G-kvadruplekse. Na terminatorskih regijah omenjene zanke nastajajo kot matrica za vezavo helikaze SETX, ki zanko razdre, nato pa se na RNA veže eksonukleaza XRN2, ki jo razgradi in omogoči odstranitev RNAPII s čimer se transkripcija zaključi.

Ker je usoda RNA molekule v R-zanki njena relativno hitra razgradnja, je ta primernejša tarča za celične mehanizme, ki spreminjajo stabilnost in uravnavajo regulacijo R-zank brez vplivov na genom. Najpogostejša modifikacija RNA je pretvorba A v I (inozin) – to reakcijo katalizira skupina encimov RNA-specifične adenozin deaminaze. Ti nadzirajo količino telomernih R-zank v rakavih celicah in sicer tako, da to alternativno parjenje baz omogoči prepoznavo in razgradnjo zank z RNAzoH2. Druga oblika RNA modifikacije je metilacija adenozinov na N6 atomu (m6A), kar stabilizira strukture R-zank; obratno torej izguba teh modifikacij povzroči drastično znižanje njihovega števila in napake pri zaključku transkripcije.

==Vplivi na epigenetske modifikacije==
R-zanke vplivajo tudi na epigenetske modifikacije v celici. Tako lahko na genski zapis vplivajo tudi dolgoročno, ne samo ob svojem nastanku.

V splošnem velja, da metilacija histonov zavira, acetilacija pa promovira transkripcijo. Dokazali so, da odsotnost kompleksa, ki tri-metilira Lys27 na H3 podenoti histona in hkrati prisotnost histon-acetiltransferaznega kompleksa v mišjih matičnih celicah povzroči tvorbo promotorskih R-zank. Nasprotno obratna situacija – razgradnja R-zank z RNAzoH zaradi mutacije, ki poveča njeno izražanje - povzroči povečanje transkripcije prvega in zniža izražanje drugega omenjenega kompleksa.

R-zanke se tvorijo na nemetiliranih CpG otočkih promotorja, R-zanke pa z G-kvadrupleksi hkrati pomagajo ohranjati to ne-metilirano stanje, saj se nanje veže DNA metiltransferaza 1. To ima za posledico ujetje tega encima v katalitično neaktivni obliki na mestih, ki so hipometilirana. Na ta način torej R-zanke pasivno blokirajo metilacijo DNA. Poznani so tudi že mehanizmi, ko celica ob zaustavitvi rasti ali ob poškodbi DNA začne izražati protein GADD45A. Nanj se nato lahko veže protein TET1, ki aktivno demetilira CpG otočke.

=Vloga v organizaciji genoma=
V jedru je struktura kromatina organizirana na več ravneh, ki jih okvirno delimo na kompartmente, topološko asociirane domene (TAD) in kromatinske zanke. Tridimenzionalna ureditev genoma omogoča ustrezne stike med genomskimi elementi, prav tako pa vzpostavlja jasne meje med sosednjimi regijami. Ključno vlogo pri uravnavanju razdalj med posameznimi genomskimi elementi imajo kromatinske zanke znotraj TAD, ki nastanejo z drsenjem DNK verige skozi obroč kohezina. Proces se ustavi, ko kohezin naleti na vezan stop signal, najpogosteje arhitekturni protein CTCF, ki deluje kot mejni element in določa robove kromatinskih zank (slika 1: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12044674/figure/F4/) [1].
==Regulacija vezave CTCF in vplivi==
Prav na mejah med TAD ter na mestih vezave CTCF se pogosto pojavljajo tudi R-zanke in G4 kompleksi, torej ni presenetljivo, da pri urejanju genoma igrajo določeno vlogo. CTCF se veže na specifična DNK zaporedja, vendar je stabilnost vezave odvisna od mnogih faktorjev, kot so recimo lokalne strukture. Eksperimentalni podatki kažejo, da prisotnost R-zank v bližini CTCF motiva poveča njegovo afiniteto za vezavo, dodatna prisotnost G4 struktur pa vezavo še okrepi.
Ključno je, da se CTCF torej ne veže direktno na te strukture, ampak da delujejo posredno, tako da povečajo dostopnost DNK ter stabilizirajo konformacijo, ki je ugodna za vezavo. Regije, ki so bogate z R-zankami in G4, so zato pogosteje povezane z vezavo CTCF, kar prispeva k vzpostavitvi jasno definiranih območij z omejenimi medsebojnimi interakcijami.
V širšem kontekstu lahko R-zanke in G4 vplivajo na delovanje kohezinskega kompleksa tudi neodvisno od CTCF. Določene raziskave kažejo, da lahko te strukture delujejo kot funkcionalna ovira oz. stop signal, neodvisno od drugih proteinov. S tem dodatno prispevajo k nastanku in regulaciji kromatinskih zank [2].

==Vpliv na ureditev kohezina==
Kohezin se na DNK, ko je ta v odprti konformaciji, naloži v obroč, skozi katerega nato DNK drsi in s tem omogoča nastanek kromatinske zanke. Proces nalaganja in zapiranja obroča se odvija ob pomoči nalagalnega kompleksa NIPBL-MAU2, ki katalizira vezavo kohezinskega kompleksa. Študije kažejo, da se lahko ena izmed podenot kohezinskega kompleksa v določenih kontekstih neodvisno veže na R-zanko, ter po uspešni vezavi promovira sestavitev funkcionalnega kompleksa, tudi v odsotnosti NIPBL-MAU2. Takšni mehanizmi lahko delujejo kot dodatna ali alternativna pot usmerjanja kohezinov na specifična mesta genoma, zlasti v območjih aktivne transkripcije, kjer so R-zanke pogoste. [1].

=Zaključek=
=Viri=
[1] P. Wulfridge, K. Sarma: Intertwining roles of R-loops and G-quadruplexes in DNA repair, transcription, and genome organization. Nat. Cell Biol. 2024, 26, 1025–1036. DOI: 10.1038/s41556-024-01437-4 
[2] P. Wulfridge, Q. Yan, N. Rell, J. Doherty, S. Jacobson, S. Offley, S. Deliard, K. Feng, J. E. Phillips-Cremins, A. Gardini idr.: G-quadruplexes associated with R-loops promote CTCF binding. Mol. Cell 2023, 83, 3064-3079.e5. DOI: 10.1016/j.molcel.2023.07.009

[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]

R-zanke in G-kvadrupleksi pri organizaciji genoma in transkripciji

2026-04-12T00:13:37Z

Žiga Černoša:

=Uvod=
Kromatin si navadno predstavljamo kot dvojno DNK vijačnico, ovito okoli histonskih proteinov, vendar je njegova oblika v celici dejansko vselej spreminjajoča in jo lahko opazujemo v različnih konformacijah. Ena izmed teh je tri vijačna struktura, imenovana R-zanka, ki nastane, ko se veriga RNK vrine v DNK vijačnico in poveže z eno izmed verig. Ta struktura najpogosteje nastane med transkripcijo, ko se novo sintetizirana mRNK veže nazaj na svojo matrično DNK verigo, lahko pa se tvori tudi ob vezavi dolgih ne kodirajočih RNK (angl. lncRNA) na specifične regije genoma. Nagnjenost kromatina k tvorbi R-zank je odvisna od mnogih dejavnikov, recimo dodatnega zvitja, ključen pomen pa ima samo zaporedje nukleotidov. Najugodnejše so regije, kjer je matrična DNK veriga bogata z citozinom, saj je povezava z gvaninom bogato RNK verigo zelo termodinamsko ugodna, prav tako pa se v izpodrinjeni DNK verigi tripleti gvaninskih baz lahko organizirajo v sekundarno strukturo, imenovano G-kvadrupleks (G4). To je stabilna struktura, v kateri se štirje gvanini povežejo v ravninske G-tetrade z vodikovimi vezmi, te pa se zlagajo ena nad drugo in jih stabilizirajo kovinski ioni (npr. K⁺), prav tako pripomorejo k skupni obstojnosti kompleksa R-zanke. Oba pojava imata v genomu pomembno vlogo pri regulaciji transkripcije, epigenetskih procesih in popravljalnih mehanizmih DNK [1].

=Neposredna in posredna regulacija R-zank=
Poznamo dvoje oblik regulacije nastanka/razgradnje R-zank: neposredno in posredno. Pri neposredni regulaciji se protein veže na R-zanko in jo stabilizira ali pa povzroči njeno razgradnjo, pri posredni pa pride do vpliva na strukturo kromatina, dodatno zvitje, transkripcijo. Eden od glavnih posrednih mehanizmov so transkripcijsko-replikacijski konflikti, saj je na tem mestu DNA v enoverižni obliki, prisotna je pre-mRNA, hkrati pa se zaradi počasnejšega premikanja RNA-polimeraze II (RNAPII) zaradi steričnega oviranja upočasni transkripcija.

Ker prekomerno število R-zank povezujemo z mnogimi patološkimi stanji kot so rak in različne nevrodegenerativne bolezni, celice potrebujejo posebne mehanizme, ki R-zanke odstranjujejo. Poznamo jih več vrst, in sicer jih večina deluje na podlagi encimov. Ena skupina med njimi so endonukleaze, ki cepijo fosfodiestrske vezi v molekuli mRNA in s tem razgrajujejo RNA v R-zanki. Primera teh encimov sta RNAzaH1 in RNAzaH2. R-zanke pa lahko odstranjujejo tudi helikaze, ki pomagajo pri razvijanju hibrida nukleinskih kislin s cepitvami vodikovih vezi ob porabi energije ATP – večinoma lahko delujejo bodisi na hibrid DNA:RNA bodisi na G-kvadruplekse. Obstajajo še drugi mehanizmi razgradnje R-zank, ki pa še niso popolnoma pojasnjeni.

==R-zanke v povezavi z regulacijo transkripcije==
Skozi čas so znanstveniki R-zankam pripisali velik pomen pri regulaciji izražanja genov, čeprav so sprva mislili, da gre za neke vrste napake pri transkripciji. Najpogosteje R-zanke nastanejo na promotorskih in terminatorskih regijah genov. Pojavnost R-zank na promotorskih regijah je večinoma povezana s promocijo transkripcije zaradi vezave transkripcijskih faktorjev na G-kvadruplekse. Na terminatorskih regijah omenjene zanke nastajajo kot matrica za vezavo helikaze SETX, ki zanko razdre, nato pa se na RNA veže eksonukleaza XRN2, ki jo razgradi in omogoči odstranitev RNAPII s čimer se transkripcija zaključi.

Ker je usoda RNA molekule v R-zanki njena relativno hitra razgradnja, je ta primernejša tarča za celične mehanizme, ki spreminjajo stabilnost in uravnavajo regulacijo R-zank brez vplivov na genom. Najpogostejša modifikacija RNA je pretvorba A v I (inozin) – to reakcijo katalizira skupina encimov RNA-specifične adenozin deaminaze. Ti nadzirajo količino telomernih R-zank v rakavih celicah in sicer tako, da to alternativno parjenje baz omogoči prepoznavo in razgradnjo zank z RNAzoH2. Druga oblika RNA modifikacije je metilacija adenozinov na N6 atomu (m6A), kar stabilizira strukture R-zank; obratno torej izguba teh modifikacij povzroči drastično znižanje njihovega števila in napake pri zaključku transkripcije.

==Vplivi na epigenetske modifikacije==
R-zanke vplivajo tudi na epigenetske modifikacije v celici. Tako lahko na genski zapis vplivajo tudi dolgoročno, ne samo ob svojem nastanku.

V splošnem velja, da metilacija histonov zavira, acetilacija pa promovira transkripcijo. Dokazali so, da odsotnost kompleksa, ki tri-metilira Lys27 na H3 podenoti histona in hkrati prisotnost histon-acetiltransferaznega kompleksa v mišjih matičnih celicah povzroči tvorbo promotorskih R-zank. Hkrati obratna situacija – razgradnja R-zank z RNAzoH zaradi mutacije, ki poveča njeno izražanje, povzroči povečanje transkripcije prvega in zniža izražanje drugega omenjenega kompleksa.

R-zanke se tvorijo na nemetiliranih CpG otočkih promotorja, R-zanke pa z G-kvadrupleksi hkrati pomagajo ohranjati to ne-metilirano stanje, saj se nanje veže DNA metiltransferaza 1. To ima za posledico ujetje tega encima v katalitično neaktivni obliki na mestih, ki so hipometilirana. Na ta način torej R-zanke pasivno blokirajo metilacijo DNA. Poznani so tudi že mehanizmi, ko celica ob zaustavitvi rasti ali ob poškodbi DNA začne izražati protein GADD45A. Nanj se nato lahko veže protein TET1, ki aktivno demetilira CpG otočke.

=Vloga v organizaciji genoma=
V jedru je struktura kromatina organizirana na več ravneh, ki jih okvirno delimo na kompartmente, topološko asociirane domene (TAD) in kromatinske zanke. Tridimenzionalna ureditev genoma omogoča ustrezne stike med genomskimi elementi, prav tako pa vzpostavlja jasne meje med sosednjimi regijami. Ključno vlogo pri uravnavanju razdalj med posameznimi genomskimi elementi imajo kromatinske zanke znotraj TAD, ki nastanejo z drsenjem DNK verige skozi obroč kohezina. Proces se ustavi, ko kohezin naleti na vezan stop signal, najpogosteje arhitekturni protein CTCF, ki deluje kot mejni element in določa robove kromatinskih zank (slika 1: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12044674/figure/F4/) [1].
==Regulacija vezave CTCF in vplivi==
Prav na mejah med TAD ter na mestih vezave CTCF se pogosto pojavljajo tudi R-zanke in G4 kompleksi, torej ni presenetljivo, da pri urejanju genoma igrajo določeno vlogo. CTCF se veže na specifična DNK zaporedja, vendar je stabilnost vezave odvisna od mnogih faktorjev, kot so recimo lokalne strukture. Eksperimentalni podatki kažejo, da prisotnost R-zank v bližini CTCF motiva poveča njegovo afiniteto za vezavo, dodatna prisotnost G4 struktur pa vezavo še okrepi.
Ključno je, da se CTCF torej ne veže direktno na te strukture, ampak da delujejo posredno, tako da povečajo dostopnost DNK ter stabilizirajo konformacijo, ki je ugodna za vezavo. Regije, ki so bogate z R-zankami in G4, so zato pogosteje povezane z vezavo CTCF, kar prispeva k vzpostavitvi jasno definiranih območij z omejenimi medsebojnimi interakcijami.
V širšem kontekstu lahko R-zanke in G4 vplivajo na delovanje kohezinskega kompleksa tudi neodvisno od CTCF. Določene raziskave kažejo, da lahko te strukture delujejo kot funkcionalna ovira oz. stop signal, neodvisno od drugih proteinov. S tem dodatno prispevajo k nastanku in regulaciji kromatinskih zank [2].

==Vpliv na ureditev kohezina==
Kohezin se na DNK, ko je ta v odprti konformaciji, naloži v obroč, skozi katerega nato DNK drsi in s tem omogoča nastanek kromatinske zanke. Proces nalaganja in zapiranja obroča se odvija ob pomoči nalagalnega kompleksa NIPBL-MAU2, ki katalizira vezavo kohezinskega kompleksa. Študije kažejo, da se lahko ena izmed podenot kohezinskega kompleksa v določenih kontekstih neodvisno veže na R-zanko, ter po uspešni vezavi promovira sestavitev funkcionalnega kompleksa, tudi v odsotnosti NIPBL-MAU2. Takšni mehanizmi lahko delujejo kot dodatna ali alternativna pot usmerjanja kohezinov na specifična mesta genoma, zlasti v območjih aktivne transkripcije, kjer so R-zanke pogoste. [1].

=Zaključek=
=Viri=
[1] P. Wulfridge, K. Sarma: Intertwining roles of R-loops and G-quadruplexes in DNA repair, transcription, and genome organization. Nat. Cell Biol. 2024, 26, 1025–1036. DOI: 10.1038/s41556-024-01437-4 
[2] P. Wulfridge, Q. Yan, N. Rell, J. Doherty, S. Jacobson, S. Offley, S. Deliard, K. Feng, J. E. Phillips-Cremins, A. Gardini idr.: G-quadruplexes associated with R-loops promote CTCF binding. Mol. Cell 2023, 83, 3064-3079.e5. DOI: 10.1016/j.molcel.2023.07.009

[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]

R-zanke in G-kvadrupleksi pri organizaciji genoma in transkripciji

2026-04-11T22:39:54Z

Žiga Černoša:

=Uvod=
Kromatin si navadno predstavljamo kot dvojno DNK vijačnico, ovito okoli histonskih proteinov, vendar je njegova oblika v celici dejansko vselej spreminjajoča in jo lahko opazujemo v različnih konformacijah. Ena izmed teh je tri vijačna struktura, imenovana R-zanka, ki nastane, ko se veriga RNK vrine v DNK vijačnico in poveže z eno izmed verig. Ta struktura najpogosteje nastane med transkripcijo, ko se novo sintetizirana mRNK veže nazaj na svojo matrično DNK verigo, lahko pa se tvori tudi ob vezavi dolgih ne kodirajočih RNK (angl. lncRNA) na specifične regije genoma. Nagnjenost kromatina k tvorbi R-zank je odvisna od mnogih dejavnikov, recimo dodatnega zvitja, ključen pomen pa ima samo zaporedje nukleotidov. Najugodnejše so regije, kjer je matrična DNK veriga bogata z citozinom, saj je povezava z gvaninom bogato RNK verigo zelo termodinamsko ugodna, prav tako pa se v izpodrinjeni DNK verigi tripleti gvaninskih baz lahko organizirajo v sekundarno strukturo, imenovano G-kvadrupleks (G4). To je stabilna struktura, v kateri se štirje gvanini povežejo v ravninske G-tetrade z vodikovimi vezmi, te pa se zlagajo ena nad drugo in jih stabilizirajo kovinski ioni (npr. K⁺), prav tako pripomorejo k skupni obstojnosti kompleksa R-zanke. Oba pojava imata v genomu pomembno vlogo pri regulaciji transkripcije, epigenetskih procesih in popravljalnih mehanizmih DNK [1].

=Neposredna in posredna regulacija R-zank=
Poznamo dvoje oblik regulacije nastanka/razgradnje R-zank: neposredno in posredno. Pri neposredni regulaciji se protein veže na R-zanko in jo stabilizira ali pa povzroči njeno razgradnjo, pri posredni pa pride do vpliva na strukturo kromatina, dodatno zvitje, transkripcijo. Eden od glavnih posrednih mehanizmov so transkripcijsko-replikacijski konflikti, saj je na tem mestu DNA v enoverižni obliki, prisotna je pre-mRNA, hkrati pa se zaradi počasnejšega premikanja RNA-polimeraze II (RNAPII) zaradi steričnega oviranja upočasni transkripcija.

Ker prekomerno število R-zank povezujemo z mnogimi patološkimi stanji kot so rak in različne nevrodegenerativne bolezni, celice potrebujejo posebne mehanizme, ki R-zanke odstranjujejo. Poznamo jih več vrst, in sicer jih večina deluje na podlagi encimov. Ena skupina med njimi so endonukleaze, ki cepijo fosfodiestrske vezi v molekuli mRNA in s tem razgrajujejo RNA v R-zanki. Primera teh encimov sta RNAzaH1 in RNAzaH2. R-zanke pa lahko odstranjujejo tudi helikaze, ki pomagajo pri razvijanju hibrida nukleinskih kislin s cepitvami vodikovih vezi ob porabi energije ATP – večinoma lahko delujejo bodisi na hibrid DNA:RNA bodisi na G-kvadruplekse. Obstajajo še drugi mehanizmi razgradnje R-zank, ki pa še niso popolnoma pojasnjeni.

==R-zanke v povezavi z regulacijo transkripcije==
Skozi čas so znanstveniki R-zankam pripisali velik pomen pri regulaciji izražanja genov, čeprav so sprva mislili, da gre za neke vrste napake pri transkripciji. Najpogosteje R-zanke nastanejo na promotorskih in terminatorskih regijah genov. Pojavnost R-zank na promotorskih regijah je večinoma povezana s promocijo transkripcije zaradi vezave transkripcijskih faktorjev na G-kvadruplekse. Na terminatorskih regijah omenjene zanke nastajajo kot matrica za vezavo helikaze SETX, ki zanko razdre, nato pa se na RNA veže eksonukleaza XRN2, ki jo razgradi in omogoči odstranitev RNAPII s čimer se transkripcija zaključi.

Ker je usoda RNA molekule v R-zanki njena relativno hitra razgradnja, je ta primernejša tarča za celične mehanizme, ki spreminjajo stabilnost in uravnavajo regulacijo R-zank brez vplivov na genom. Najpogostejša modifikacija RNA je pretvorba A v I (inozin) – to reakcijo katalizira skupina encimov RNA-specifične adenozin deaminaze. Ti nadzirajo količino telomernih R-zank v rakavih celicah in sicer tako, da to alternativno parjenje baz omogoči prepoznavo in razgradnjo zank z RNAzoH2. Druga oblika RNA modifikacije je metilacija adenozinov na N6 atomu (m6A), kar stabilizira strukture R-zank; obratno torej izguba teh modifikacij povzroči drastično znižanje njihovega števila in napake pri zaključku transkripcije.

==Vplivi na epigenetske modifikacije==
R-zanke vplivajo tudi na epigenetske modifikacije v celici. Tako lahko na genski zapis vplivajo tudi dolgoročno, ne samo ob svojem nastanku.
V splošnem velja, da metilacija histonov zavira, acetilacija pa promovira transkripcijo. Dokazali so, da odsotnost kompleksa, ki tri-metilira Lys27 na H3 podenoti histona in hkrati prisotnost histon-acetiltransferaznega kompleksa v mišjih matičnih celicah povzroči tvorbo promotorskih R-zank. Hkrati obratna situacija – razgradnja R-zank z RNAzoH zaradi mutacije, ki poveča njeno izražanje, povzroči povečanje transkripcije prvega in zniža izražanje drugega omenjenega kompleksa.
R-zanke se tvorijo na nemetiliranih CpG otočkih promotorja, R-zanke pa z G-kvadrupleksi hkrati pomagajo ohranjati to ne-metilirano stanje, saj se nanje veže DNA metiltransferaza 1. To ima za posledico ujetje tega encima v katalitično neaktivni obliki na mestih, ki so hipometilirana. Na ta način torej R-zanke pasivno blokirajo metilacijo DNA. Poznani so tudi že mehanizmi, ko celica ob zaustavitvi rasti ali ob poškodbi DNA začne izražati protein GADD45A. Nanj se nato lahko veže protein TET1, ki aktivno demetilira CpG otočke.

=Vloga v organizaciji genoma=
V jedru je struktura kromatina organizirana na več ravneh, ki jih okvirno delimo na kompartmente, topološko asociirane domene (TAD) in kromatinske zanke. Tridimenzionalna ureditev genoma omogoča ustrezne stike med genomskimi elementi, prav tako pa vzpostavlja jasne meje med sosednjimi regijami. Ključno vlogo pri uravnavanju razdalj med posameznimi genomskimi elementi imajo kromatinske zanke znotraj TAD, ki nastanejo z drsenjem DNK verige skozi obroč kohezina. Proces se ustavi, ko kohezin naleti na vezan stop signal, najpogosteje arhitekturni protein CTCF, ki deluje kot mejni element in določa robove kromatinskih zank (slika 1: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12044674/figure/F4/) [1].
==Regulacija vezave CTCF in vplivi==
Prav na mejah med TAD ter na mestih vezave CTCF se pogosto pojavljajo tudi R-zanke in G4 kompleksi, torej ni presenetljivo, da pri urejanju genoma igrajo določeno vlogo. CTCF se veže na specifična DNK zaporedja, vendar je stabilnost vezave odvisna od mnogih faktorjev, kot so recimo lokalne strukture. Eksperimentalni podatki kažejo, da prisotnost R-zank v bližini CTCF motiva poveča njegovo afiniteto za vezavo, dodatna prisotnost G4 struktur pa vezavo še okrepi.
Ključno je, da se CTCF torej ne veže direktno na te strukture, ampak da delujejo posredno, tako da povečajo dostopnost DNK ter stabilizirajo konformacijo, ki je ugodna za vezavo. Regije, ki so bogate z R-zankami in G4, so zato pogosteje povezane z vezavo CTCF, kar prispeva k vzpostavitvi jasno definiranih območij z omejenimi medsebojnimi interakcijami.
V širšem kontekstu lahko R-zanke in G4 vplivajo na delovanje kohezinskega kompleksa tudi neodvisno od CTCF. Določene raziskave kažejo, da lahko te strukture delujejo kot funkcionalna ovira oz. stop signal, neodvisno od drugih proteinov. S tem dodatno prispevajo k nastanku in regulaciji kromatinskih zank [2].

==Vpliv na ureditev kohezina==
Kohezin se na DNK, ko je ta v odprti konformaciji, naloži v obroč, skozi katerega nato DNK drsi in s tem omogoča nastanek kromatinske zanke. Proces nalaganja in zapiranja obroča se odvija ob pomoči nalagalnega kompleksa NIPBL-MAU2, ki katalizira vezavo kohezinskega kompleksa. Študije kažejo, da se lahko ena izmed podenot kohezinskega kompleksa v določenih kontekstih neodvisno veže na R-zanko, ter po uspešni vezavi promovira sestavitev funkcionalnega kompleksa, tudi v odsotnosti NIPBL-MAU2. Takšni mehanizmi lahko delujejo kot dodatna ali alternativna pot usmerjanja kohezinov na specifična mesta genoma, zlasti v območjih aktivne transkripcije, kjer so R-zanke pogoste. [1].

=Zaključek=
=Viri=
[1] P. Wulfridge, K. Sarma: Intertwining roles of R-loops and G-quadruplexes in DNA repair, transcription, and genome organization. Nat. Cell Biol. 2024, 26, 1025–1036. DOI: 10.1038/s41556-024-01437-4 
[2] P. Wulfridge, Q. Yan, N. Rell, J. Doherty, S. Jacobson, S. Offley, S. Deliard, K. Feng, J. E. Phillips-Cremins, A. Gardini idr.: G-quadruplexes associated with R-loops promote CTCF binding. Mol. Cell 2023, 83, 3064-3079.e5. DOI: 10.1016/j.molcel.2023.07.009

[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]

R-zanke in G-kvadrupleksi pri organizaciji genoma in transkripciji

2026-04-11T22:37:21Z

Žiga Černoša:

=Uvod=
Kromatin si navadno predstavljamo kot dvojno DNK vijačnico, ovito okoli histonskih proteinov, vendar je njegova oblika v celici dejansko vselej spreminjajoča in jo lahko opazujemo v različnih konformacijah. Ena izmed teh je tri vijačna struktura, imenovana R-zanka, ki nastane, ko se veriga RNK vrine v DNK vijačnico in poveže z eno izmed verig. Ta struktura najpogosteje nastane med transkripcijo, ko se novo sintetizirana mRNK veže nazaj na svojo matrično DNK verigo, lahko pa se tvori tudi ob vezavi dolgih ne kodirajočih RNK (angl. lncRNA) na specifične regije genoma. Nagnjenost kromatina k tvorbi R-zank je odvisna od mnogih dejavnikov, recimo dodatnega zvitja, ključen pomen pa ima samo zaporedje nukleotidov. Najugodnejše so regije, kjer je matrična DNK veriga bogata z citozinom, saj je povezava z gvaninom bogato RNK verigo zelo termodinamsko ugodna, prav tako pa se v izpodrinjeni DNK verigi tripleti gvaninskih baz lahko organizirajo v sekundarno strukturo, imenovano G-kvadrupleks (G4). To je stabilna struktura, v kateri se štirje gvanini povežejo v ravninske G-tetrade z vodikovimi vezmi, te pa se zlagajo ena nad drugo in jih stabilizirajo kovinski ioni (npr. K⁺), prav tako pripomorejo k skupni obstojnosti kompleksa R-zanke. Oba pojava imata v genomu pomembno vlogo pri regulaciji transkripcije, epigenetskih procesih in popravljalnih mehanizmih DNK [1].

=R-zanke v regulaciji genov=
Poznamo dvoje oblik regulacije nastanka/razgradnje R-zank: neposredno in posredno. Pri neposredni regulaciji se protein veže na R-zanko in jo stabilizira ali pa povzroči njeno razgradnjo, pri posredni pa pride do vpliva na strukturo kromatina, dodatno zvitje, transkripcijo. Eden od glavnih posrednih mehanizmov so transkripcijsko-replikacijski konflikti, saj je na tem mestu DNA v enoverižni obliki, prisotna je pre-mRNA, hkrati pa se zaradi počasnejšega premikanja RNA-polimeraze II (RNAPII) zaradi steričnega oviranja upočasni transkripcija.

Ker prekomerno število R-zank povezujemo z mnogimi patološkimi stanji kot so rak in različne nevrodegenerativne bolezni, celice potrebujejo posebne mehanizme, ki R-zanke odstranjujejo. Poznamo jih več vrst, in sicer jih večina deluje na podlagi encimov. Ena skupina med njimi so endonukleaze, ki cepijo fosfodiestrske vezi v molekuli mRNA in s tem razgrajujejo RNA v R-zanki. Primera teh encimov sta RNAzaH1 in RNAzaH2. R-zanke pa lahko odstranjujejo tudi helikaze, ki pomagajo pri razvijanju hibrida nukleinskih kislin s cepitvami vodikovih vezi ob porabi energije ATP – večinoma lahko delujejo bodisi na hibrid DNA:RNA bodisi na G-kvadruplekse. Obstajajo še drugi mehanizmi razgradnje R-zank, ki pa še niso popolnoma pojasnjeni.

==R-zanke v povezavi z regulacijo transkripcije==
Skozi čas so znanstveniki R-zankam pripisali velik pomen pri regulaciji izražanja genov, čeprav so sprva mislili, da gre za neke vrste napake pri transkripciji. Najpogosteje R-zanke nastanejo na promotorskih in terminatorskih regijah genov. Pojavnost R-zank na promotorskih regijah je večinoma povezana s promocijo transkripcije zaradi vezave transkripcijskih faktorjev na G-kvadruplekse. Na terminatorskih regijah omenjene zanke nastajajo kot matrica za vezavo helikaze SETX, ki zanko razdre, nato pa se na RNA veže eksonukleaza XRN2, ki jo razgradi in omogoči odstranitev RNAPII s čimer se transkripcija zaključi.

Ker je usoda RNA molekule v R-zanki njena relativno hitra razgradnja, je ta primernejša tarča za celične mehanizme, ki spreminjajo stabilnost in uravnavajo regulacijo R-zank brez vplivov na genom. Najpogostejša modifikacija RNA je pretvorba A v I (inozin) – to reakcijo katalizira skupina encimov RNA-specifične adenozin deaminaze. Ti nadzirajo količino telomernih R-zank v rakavih celicah in sicer tako, da to alternativno parjenje baz omogoči prepoznavo in razgradnjo zank z RNAzoH2. Druga oblika RNA modifikacije je metilacija adenozinov na N6 atomu (m6A), kar stabilizira strukture R-zank; obratno torej izguba teh modifikacij povzroči drastično znižanje njihovega števila in napake pri zaključku transkripcije.

==Vplivi na epigenetske modifikacije==
R-zanke vplivajo tudi na epigenetske modifikacije v celici. Tako lahko na genski zapis vplivajo tudi dolgoročno, ne samo ob svojem nastanku.
V splošnem velja, da metilacija histonov zavira, acetilacija pa promovira transkripcijo. Dokazali so, da odsotnost kompleksa, ki tri-metilira Lys27 na H3 podenoti histona in hkrati prisotnost histon-acetiltransferaznega kompleksa v mišjih matičnih celicah povzroči tvorbo promotorskih R-zank. Hkrati obratna situacija – razgradnja R-zank z RNAzoH zaradi mutacije, ki poveča njeno izražanje, povzroči povečanje transkripcije prvega in zniža izražanje drugega omenjenega kompleksa.
R-zanke se tvorijo na nemetiliranih CpG otočkih promotorja, R-zanke pa z G-kvadrupleksi hkrati pomagajo ohranjati to ne-metilirano stanje, saj se nanje veže DNA metiltransferaza 1. To ima za posledico ujetje tega encima v katalitično neaktivni obliki na mestih, ki so hipometilirana. Na ta način torej R-zanke pasivno blokirajo metilacijo DNA. Poznani so tudi že mehanizmi, ko celica ob zaustavitvi rasti ali ob poškodbi DNA začne izražati protein GADD45A. Nanj se nato lahko veže protein TET1, ki aktivno demetilira CpG otočke.

=Vloga v organizaciji genoma=
V jedru je struktura kromatina organizirana na več ravneh, ki jih okvirno delimo na kompartmente, topološko asociirane domene (TAD) in kromatinske zanke. Tridimenzionalna ureditev genoma omogoča ustrezne stike med genomskimi elementi, prav tako pa vzpostavlja jasne meje med sosednjimi regijami. Ključno vlogo pri uravnavanju razdalj med posameznimi genomskimi elementi imajo kromatinske zanke znotraj TAD, ki nastanejo z drsenjem DNK verige skozi obroč kohezina. Proces se ustavi, ko kohezin naleti na vezan stop signal, najpogosteje arhitekturni protein CTCF, ki deluje kot mejni element in določa robove kromatinskih zank (slika 1: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12044674/figure/F4/) [1].
==Regulacija vezave CTCF in vplivi==
Prav na mejah med TAD ter na mestih vezave CTCF se pogosto pojavljajo tudi R-zanke in G4 kompleksi, torej ni presenetljivo, da pri urejanju genoma igrajo določeno vlogo. CTCF se veže na specifična DNK zaporedja, vendar je stabilnost vezave odvisna od mnogih faktorjev, kot so recimo lokalne strukture. Eksperimentalni podatki kažejo, da prisotnost R-zank v bližini CTCF motiva poveča njegovo afiniteto za vezavo, dodatna prisotnost G4 struktur pa vezavo še okrepi.
Ključno je, da se CTCF torej ne veže direktno na te strukture, ampak da delujejo posredno, tako da povečajo dostopnost DNK ter stabilizirajo konformacijo, ki je ugodna za vezavo. Regije, ki so bogate z R-zankami in G4, so zato pogosteje povezane z vezavo CTCF, kar prispeva k vzpostavitvi jasno definiranih območij z omejenimi medsebojnimi interakcijami.
V širšem kontekstu lahko R-zanke in G4 vplivajo na delovanje kohezinskega kompleksa tudi neodvisno od CTCF. Določene raziskave kažejo, da lahko te strukture delujejo kot funkcionalna ovira oz. stop signal, neodvisno od drugih proteinov. S tem dodatno prispevajo k nastanku in regulaciji kromatinskih zank [2].

==Vpliv na ureditev kohezina==
Kohezin se na DNK, ko je ta v odprti konformaciji, naloži v obroč, skozi katerega nato DNK drsi in s tem omogoča nastanek kromatinske zanke. Proces nalaganja in zapiranja obroča se odvija ob pomoči nalagalnega kompleksa NIPBL-MAU2, ki katalizira vezavo kohezinskega kompleksa. Študije kažejo, da se lahko ena izmed podenot kohezinskega kompleksa v določenih kontekstih neodvisno veže na R-zanko, ter po uspešni vezavi promovira sestavitev funkcionalnega kompleksa, tudi v odsotnosti NIPBL-MAU2. Takšni mehanizmi lahko delujejo kot dodatna ali alternativna pot usmerjanja kohezinov na specifična mesta genoma, zlasti v območjih aktivne transkripcije, kjer so R-zanke pogoste. [1].

=Zaključek=
=Viri=
[1] P. Wulfridge, K. Sarma: Intertwining roles of R-loops and G-quadruplexes in DNA repair, transcription, and genome organization. Nat. Cell Biol. 2024, 26, 1025–1036. DOI: 10.1038/s41556-024-01437-4 
[2] P. Wulfridge, Q. Yan, N. Rell, J. Doherty, S. Jacobson, S. Offley, S. Deliard, K. Feng, J. E. Phillips-Cremins, A. Gardini idr.: G-quadruplexes associated with R-loops promote CTCF binding. Mol. Cell 2023, 83, 3064-3079.e5. DOI: 10.1016/j.molcel.2023.07.009

[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]

R-zanke in G-kvadrupleksi pri organizaciji genoma in transkripciji

2026-04-11T22:36:57Z

Žiga Černoša:

=Uvod=
Kromatin si navadno predstavljamo kot dvojno DNK vijačnico, ovito okoli histonskih proteinov, vendar je njegova oblika v celici dejansko vselej spreminjajoča in jo lahko opazujemo v različnih konformacijah. Ena izmed teh je tri vijačna struktura, imenovana R-zanka, ki nastane, ko se veriga RNK vrine v DNK vijačnico in poveže z eno izmed verig. Ta struktura najpogosteje nastane med transkripcijo, ko se novo sintetizirana mRNK veže nazaj na svojo matrično DNK verigo, lahko pa se tvori tudi ob vezavi dolgih ne kodirajočih RNK (angl. lncRNA) na specifične regije genoma. Nagnjenost kromatina k tvorbi R-zank je odvisna od mnogih dejavnikov, recimo dodatnega zvitja, ključen pomen pa ima samo zaporedje nukleotidov. Najugodnejše so regije, kjer je matrična DNK veriga bogata z citozinom, saj je povezava z gvaninom bogato RNK verigo zelo termodinamsko ugodna, prav tako pa se v izpodrinjeni DNK verigi tripleti gvaninskih baz lahko organizirajo v sekundarno strukturo, imenovano G-kvadrupleks (G4). To je stabilna struktura, v kateri se štirje gvanini povežejo v ravninske G-tetrade z vodikovimi vezmi, te pa se zlagajo ena nad drugo in jih stabilizirajo kovinski ioni (npr. K⁺), prav tako pripomorejo k skupni obstojnosti kompleksa R-zanke. Oba pojava imata v genomu pomembno vlogo pri regulaciji transkripcije, epigenetskih procesih in popravljalnih mehanizmih DNK [1].

=R-zanke v regulaciji genov=
Poznamo dvoje oblik regulacije nastanka/razgradnje R-zank: neposredno in posredno. Pri neposredni regulaciji se protein veže na R-zanko in jo stabilizira ali pa povzroči njeno razgradnjo, pri posredni pa pride do vpliva na strukturo kromatina, dodatno zvitje, transkripcijo. Eden od glavnih posrednih mehanizmov so transkripcijsko-replikacijski konflikti, saj je na tem mestu DNA v enoverižni obliki, prisotna je pre-mRNA, hkrati pa se zaradi počasnejšega premikanja RNA-polimeraze II (RNAPII) zaradi steričnega oviranja upočasni transkripcija.

Ker prekomerno število R-zank povezujemo z mnogimi patološkimi stanji kot so rak in različne nevrodegenerativne bolezni, celice potrebujejo posebne mehanizme, ki R-zanke odstranjujejo. Poznamo jih več vrst, in sicer jih večina deluje na podlagi encimov. Ena skupina med njimi so endonukleaze, ki cepijo fosfodiestrske vezi v molekuli mRNA in s tem razgrajujejo RNA v R-zanki. Primera teh encimov sta RNAzaH1 in RNAzaH2. R-zanke pa lahko odstranjujejo tudi helikaze, ki pomagajo pri razvijanju hibrida nukleinskih kislin s cepitvami vodikovih vezi ob porabi energije ATP – večinoma lahko delujejo bodisi na hibrid DNA:RNA bodisi na G-kvadruplekse. Obstajajo še drugi mehanizmi razgradnje R-zank, ki pa še niso popolnoma pojasnjeni.

=R-zanke v povezavi z regulacijo transkripcije=
Skozi čas so znanstveniki R-zankam pripisali velik pomen pri regulaciji izražanja genov, čeprav so sprva mislili, da gre za neke vrste napake pri transkripciji. Najpogosteje R-zanke nastanejo na promotorskih in terminatorskih regijah genov. Pojavnost R-zank na promotorskih regijah je večinoma povezana s promocijo transkripcije zaradi vezave transkripcijskih faktorjev na G-kvadruplekse. Na terminatorskih regijah omenjene zanke nastajajo kot matrica za vezavo helikaze SETX, ki zanko razdre, nato pa se na RNA veže eksonukleaza XRN2, ki jo razgradi in omogoči odstranitev RNAPII s čimer se transkripcija zaključi.

Ker je usoda RNA molekule v R-zanki njena relativno hitra razgradnja, je ta primernejša tarča za celične mehanizme, ki spreminjajo stabilnost in uravnavajo regulacijo R-zank brez vplivov na genom. Najpogostejša modifikacija RNA je pretvorba A v I (inozin) – to reakcijo katalizira skupina encimov RNA-specifične adenozin deaminaze. Ti nadzirajo količino telomernih R-zank v rakavih celicah in sicer tako, da to alternativno parjenje baz omogoči prepoznavo in razgradnjo zank z RNAzoH2. Druga oblika RNA modifikacije je metilacija adenozinov na N6 atomu (m6A), kar stabilizira strukture R-zank; obratno torej izguba teh modifikacij povzroči drastično znižanje njihovega števila in napake pri zaključku transkripcije.

==Vplivi na epigenetske modifikacije==
R-zanke vplivajo tudi na epigenetske modifikacije v celici. Tako lahko na genski zapis vplivajo tudi dolgoročno, ne samo ob svojem nastanku.
V splošnem velja, da metilacija histonov zavira, acetilacija pa promovira transkripcijo. Dokazali so, da odsotnost kompleksa, ki tri-metilira Lys27 na H3 podenoti histona in hkrati prisotnost histon-acetiltransferaznega kompleksa v mišjih matičnih celicah povzroči tvorbo promotorskih R-zank. Hkrati obratna situacija – razgradnja R-zank z RNAzoH zaradi mutacije, ki poveča njeno izražanje, povzroči povečanje transkripcije prvega in zniža izražanje drugega omenjenega kompleksa.
R-zanke se tvorijo na nemetiliranih CpG otočkih promotorja, R-zanke pa z G-kvadrupleksi hkrati pomagajo ohranjati to ne-metilirano stanje, saj se nanje veže DNA metiltransferaza 1. To ima za posledico ujetje tega encima v katalitično neaktivni obliki na mestih, ki so hipometilirana. Na ta način torej R-zanke pasivno blokirajo metilacijo DNA. Poznani so tudi že mehanizmi, ko celica ob zaustavitvi rasti ali ob poškodbi DNA začne izražati protein GADD45A. Nanj se nato lahko veže protein TET1, ki aktivno demetilira CpG otočke.

=Vloga v organizaciji genoma=
V jedru je struktura kromatina organizirana na več ravneh, ki jih okvirno delimo na kompartmente, topološko asociirane domene (TAD) in kromatinske zanke. Tridimenzionalna ureditev genoma omogoča ustrezne stike med genomskimi elementi, prav tako pa vzpostavlja jasne meje med sosednjimi regijami. Ključno vlogo pri uravnavanju razdalj med posameznimi genomskimi elementi imajo kromatinske zanke znotraj TAD, ki nastanejo z drsenjem DNK verige skozi obroč kohezina. Proces se ustavi, ko kohezin naleti na vezan stop signal, najpogosteje arhitekturni protein CTCF, ki deluje kot mejni element in določa robove kromatinskih zank (slika 1: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12044674/figure/F4/) [1].
==Regulacija vezave CTCF in vplivi==
Prav na mejah med TAD ter na mestih vezave CTCF se pogosto pojavljajo tudi R-zanke in G4 kompleksi, torej ni presenetljivo, da pri urejanju genoma igrajo določeno vlogo. CTCF se veže na specifična DNK zaporedja, vendar je stabilnost vezave odvisna od mnogih faktorjev, kot so recimo lokalne strukture. Eksperimentalni podatki kažejo, da prisotnost R-zank v bližini CTCF motiva poveča njegovo afiniteto za vezavo, dodatna prisotnost G4 struktur pa vezavo še okrepi.
Ključno je, da se CTCF torej ne veže direktno na te strukture, ampak da delujejo posredno, tako da povečajo dostopnost DNK ter stabilizirajo konformacijo, ki je ugodna za vezavo. Regije, ki so bogate z R-zankami in G4, so zato pogosteje povezane z vezavo CTCF, kar prispeva k vzpostavitvi jasno definiranih območij z omejenimi medsebojnimi interakcijami.
V širšem kontekstu lahko R-zanke in G4 vplivajo na delovanje kohezinskega kompleksa tudi neodvisno od CTCF. Določene raziskave kažejo, da lahko te strukture delujejo kot funkcionalna ovira oz. stop signal, neodvisno od drugih proteinov. S tem dodatno prispevajo k nastanku in regulaciji kromatinskih zank [2].

==Vpliv na ureditev kohezina==
Kohezin se na DNK, ko je ta v odprti konformaciji, naloži v obroč, skozi katerega nato DNK drsi in s tem omogoča nastanek kromatinske zanke. Proces nalaganja in zapiranja obroča se odvija ob pomoči nalagalnega kompleksa NIPBL-MAU2, ki katalizira vezavo kohezinskega kompleksa. Študije kažejo, da se lahko ena izmed podenot kohezinskega kompleksa v določenih kontekstih neodvisno veže na R-zanko, ter po uspešni vezavi promovira sestavitev funkcionalnega kompleksa, tudi v odsotnosti NIPBL-MAU2. Takšni mehanizmi lahko delujejo kot dodatna ali alternativna pot usmerjanja kohezinov na specifična mesta genoma, zlasti v območjih aktivne transkripcije, kjer so R-zanke pogoste. [1].

=Zaključek=
=Viri=
[1] P. Wulfridge, K. Sarma: Intertwining roles of R-loops and G-quadruplexes in DNA repair, transcription, and genome organization. Nat. Cell Biol. 2024, 26, 1025–1036. DOI: 10.1038/s41556-024-01437-4 
[2] P. Wulfridge, Q. Yan, N. Rell, J. Doherty, S. Jacobson, S. Offley, S. Deliard, K. Feng, J. E. Phillips-Cremins, A. Gardini idr.: G-quadruplexes associated with R-loops promote CTCF binding. Mol. Cell 2023, 83, 3064-3079.e5. DOI: 10.1016/j.molcel.2023.07.009

[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]

R-zanke in G-kvadrupleksi pri organizaciji genoma in transkripciji

2026-04-11T22:34:49Z

Žiga Černoša:

=Uvod=
Kromatin si navadno predstavljamo kot dvojno DNK vijačnico, ovito okoli histonskih proteinov, vendar je njegova oblika v celici dejansko vselej spreminjajoča in jo lahko opazujemo v različnih konformacijah. Ena izmed teh je tri vijačna struktura, imenovana R-zanka, ki nastane, ko se veriga RNK vrine v DNK vijačnico in poveže z eno izmed verig. Ta struktura najpogosteje nastane med transkripcijo, ko se novo sintetizirana mRNK veže nazaj na svojo matrično DNK verigo, lahko pa se tvori tudi ob vezavi dolgih ne kodirajočih RNK (angl. lncRNA) na specifične regije genoma. Nagnjenost kromatina k tvorbi R-zank je odvisna od mnogih dejavnikov, recimo dodatnega zvitja, ključen pomen pa ima samo zaporedje nukleotidov. Najugodnejše so regije, kjer je matrična DNK veriga bogata z citozinom, saj je povezava z gvaninom bogato RNK verigo zelo termodinamsko ugodna, prav tako pa se v izpodrinjeni DNK verigi tripleti gvaninskih baz lahko organizirajo v sekundarno strukturo, imenovano G-kvadrupleks (G4). To je stabilna struktura, v kateri se štirje gvanini povežejo v ravninske G-tetrade z vodikovimi vezmi, te pa se zlagajo ena nad drugo in jih stabilizirajo kovinski ioni (npr. K⁺), prav tako pripomorejo k skupni obstojnosti kompleksa R-zanke. Oba pojava imata v genomu pomembno vlogo pri regulaciji transkripcije, epigenetskih procesih in popravljalnih mehanizmih DNK [1].

=R-zanke v regulaciji genov=
Poznamo dvoje oblik regulacije nastanka/razgradnje R-zank: neposredno in posredno. Pri neposredni regulaciji se protein veže na R-zanko in jo stabilizira ali pa povzroči njeno razgradnjo, pri posredni pa pride do vpliva na strukturo kromatina, dodatno zvitje, transkripcijo. Eden od glavnih posrednih mehanizmov so transkripcijsko-replikacijski konflikti, saj je na tem mestu DNA v enoverižni obliki, prisotna je pre-mRNA, hkrati pa se zaradi počasnejšega premikanja RNA-polimeraze II (RNAPII) zaradi steričnega oviranja upočasni transkripcija.

Ker prekomerno število R-zank povezujemo z mnogimi patološkimi stanji kot so rak in različne nevrodegenerativne bolezni, celice potrebujejo posebne mehanizme, ki R-zanke odstranjujejo. Poznamo jih več vrst, in sicer jih večina deluje na podlagi encimov. Ena skupina med njimi so endonukleaze, ki cepijo fosfodiestrske vezi v molekuli mRNA in s tem razgrajujejo RNA v R-zanki. Primera teh encimov sta RNAzaH1 in RNAzaH2. R-zanke pa lahko odstranjujejo tudi helikaze, ki pomagajo pri razvijanju hibrida nukleinskih kislin s cepitvami vodikovih vezi ob porabi energije ATP – večinoma lahko delujejo bodisi na hibrid DNA:RNA bodisi na G-kvadruplekse. Obstajajo še drugi mehanizmi razgradnje R-zank, ki pa še niso popolnoma pojasnjeni.

=R-zanke v povezavi z regulacijo transkripcije=
Skozi čas so znanstveniki R-zankam pripisali velik pomen pri regulaciji izražanja genov, čeprav so sprva mislili, da gre za neke vrste napake pri transkripciji. Najpogosteje R-zanke nastanejo na promotorskih in terminatorskih regijah genov. Pojavnost R-zank na promotorskih regijah je večinoma povezana s promocijo transkripcije zaradi vezave transkripcijskih faktorjev na G-kvadruplekse. Na terminatorskih regijah omenjene zanke nastajajo kot matrica za vezavo helikaze SETX, ki zanko razdre, nato pa se na RNA veže eksonukleaza XRN2, ki jo razgradi in omogoči odstranitev RNAPII s čimer se transkripcija zaključi.

Ker je usoda RNA molekule v R-zanki njena relativno hitra razgradnja, je ta primernejša tarča za celične mehanizme, ki spreminjajo stabilnost in uravnavajo regulacijo R-zank brez vplivov na genom. Najpogostejša modifikacija RNA je pretvorba A v I (inozin) – to reakcijo katalizira skupina encimov RNA-specifične adenozin deaminaze. Ti nadzirajo količino telomernih R-zank v rakavih celicah in sicer tako, da to alternativno parjenje baz omogoči prepoznavo in razgradnjo zank z RNAzoH2. Druga oblika RNA modifikacije je metilacija adenozinov na N6 atomu (m6A), kar stabilizira strukture R-zank; obratno torej izguba teh modifikacij povzroči drastično znižanje njihovega števila in napake pri zaključku transkripcije.

=Povezava z epigenetiko=
R-zanke vplivajo tudi na epigenetske modifikacije v celici. Tako lahko na genski zapis vplivajo tudi dolgoročno, ne samo ob svojem nastanku.
V splošnem velja, da metilacija histonov zavira, acetilacija pa promovira transkripcijo. Dokazali so, da odsotnost kompleksa, ki tri-metilira Lys27 na H3 podenoti histona in hkrati prisotnost histon-acetiltransferaznega kompleksa v mišjih matičnih celicah povzroči tvorbo promotorskih R-zank. Hkrati obratna situacija – razgradnja R-zank z RNAzoH zaradi mutacije, ki poveča njeno izražanje, povzroči povečanje transkripcije prvega in zniža izražanje drugega omenjenega kompleksa.
R-zanke se tvorijo na nemetiliranih CpG otočkih promotorja, R-zanke pa z G-kvadrupleksi hkrati pomagajo ohranjati to ne-metilirano stanje, saj se nanje veže DNA metiltransferaza 1. To ima za posledico ujetje tega encima v katalitično neaktivni obliki na mestih, ki so hipometilirana. Na ta način torej R-zanke pasivno blokirajo metilacijo DNA. Poznani so tudi že mehanizmi, ko celica ob zaustavitvi rasti ali ob poškodbi DNA začne izražati protein GADD45A. Nanj se nato lahko veže protein TET1, ki aktivno demetilira CpG otočke.

=Vloga v organizaciji genoma=
V jedru je struktura kromatina organizirana na več ravneh, ki jih okvirno delimo na kompartmente, topološko asociirane domene (TAD) in kromatinske zanke. Tridimenzionalna ureditev genoma omogoča ustrezne stike med genomskimi elementi, prav tako pa vzpostavlja jasne meje med sosednjimi regijami. Ključno vlogo pri uravnavanju razdalj med posameznimi genomskimi elementi imajo kromatinske zanke znotraj TAD, ki nastanejo z drsenjem DNK verige skozi obroč kohezina. Proces se ustavi, ko kohezin naleti na vezan stop signal, najpogosteje arhitekturni protein CTCF, ki deluje kot mejni element in določa robove kromatinskih zank (slika 1: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12044674/figure/F4/) [1].
==Regulacija vezave CTCF in vplivi==
Prav na mejah med TAD ter na mestih vezave CTCF se pogosto pojavljajo tudi R-zanke in G4 kompleksi, torej ni presenetljivo, da pri urejanju genoma igrajo določeno vlogo. CTCF se veže na specifična DNK zaporedja, vendar je stabilnost vezave odvisna od mnogih faktorjev, kot so recimo lokalne strukture. Eksperimentalni podatki kažejo, da prisotnost R-zank v bližini CTCF motiva poveča njegovo afiniteto za vezavo, dodatna prisotnost G4 struktur pa vezavo še okrepi.
Ključno je, da se CTCF torej ne veže direktno na te strukture, ampak da delujejo posredno, tako da povečajo dostopnost DNK ter stabilizirajo konformacijo, ki je ugodna za vezavo. Regije, ki so bogate z R-zankami in G4, so zato pogosteje povezane z vezavo CTCF, kar prispeva k vzpostavitvi jasno definiranih območij z omejenimi medsebojnimi interakcijami.
V širšem kontekstu lahko R-zanke in G4 vplivajo na delovanje kohezinskega kompleksa tudi neodvisno od CTCF. Določene raziskave kažejo, da lahko te strukture delujejo kot funkcionalna ovira oz. stop signal, neodvisno od drugih proteinov. S tem dodatno prispevajo k nastanku in regulaciji kromatinskih zank [2].

==Vpliv na ureditev kohezina==
Kohezin se na DNK, ko je ta v odprti konformaciji, naloži v obroč, skozi katerega nato DNK drsi in s tem omogoča nastanek kromatinske zanke. Proces nalaganja in zapiranja obroča se odvija ob pomoči nalagalnega kompleksa NIPBL-MAU2, ki katalizira vezavo kohezinskega kompleksa. Študije kažejo, da se lahko ena izmed podenot kohezinskega kompleksa v določenih kontekstih neodvisno veže na R-zanko, ter po uspešni vezavi promovira sestavitev funkcionalnega kompleksa, tudi v odsotnosti NIPBL-MAU2. Takšni mehanizmi lahko delujejo kot dodatna ali alternativna pot usmerjanja kohezinov na specifična mesta genoma, zlasti v območjih aktivne transkripcije, kjer so R-zanke pogoste. [1].

=Zaključek=
=Viri=
[1] P. Wulfridge, K. Sarma: Intertwining roles of R-loops and G-quadruplexes in DNA repair, transcription, and genome organization. Nat. Cell Biol. 2024, 26, 1025–1036. DOI: 10.1038/s41556-024-01437-4 
[2] P. Wulfridge, Q. Yan, N. Rell, J. Doherty, S. Jacobson, S. Offley, S. Deliard, K. Feng, J. E. Phillips-Cremins, A. Gardini idr.: G-quadruplexes associated with R-loops promote CTCF binding. Mol. Cell 2023, 83, 3064-3079.e5. DOI: 10.1016/j.molcel.2023.07.009

[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]

R-zanke in G-kvadrupleksi pri organizaciji genoma in transkripciji

2026-04-11T22:33:35Z

Žiga Černoša:

=Uvod=
Kromatin si navadno predstavljamo kot dvojno DNK vijačnico, ovito okoli histonskih proteinov, vendar je njegova oblika v celici dejansko vselej spreminjajoča in jo lahko opazujemo v različnih konformacijah. Ena izmed teh je tri vijačna struktura, imenovana R-zanka, ki nastane, ko se veriga RNK vrine v DNK vijačnico in poveže z eno izmed verig. Ta struktura najpogosteje nastane med transkripcijo, ko se novo sintetizirana mRNK veže nazaj na svojo matrično DNK verigo, lahko pa se tvori tudi ob vezavi dolgih ne kodirajočih RNK (angl. lncRNA) na specifične regije genoma. Nagnjenost kromatina k tvorbi R-zank je odvisna od mnogih dejavnikov, recimo dodatnega zvitja, ključen pomen pa ima samo zaporedje nukleotidov. Najugodnejše so regije, kjer je matrična DNK veriga bogata z citozinom, saj je povezava z gvaninom bogato RNK verigo zelo termodinamsko ugodna, prav tako pa se v izpodrinjeni DNK verigi tripleti gvaninskih baz lahko organizirajo v sekundarno strukturo, imenovano G-kvadrupleks (G4). To je stabilna struktura, v kateri se štirje gvanini povežejo v ravninske G-tetrade z vodikovimi vezmi, te pa se zlagajo ena nad drugo in jih stabilizirajo kovinski ioni (npr. K⁺), prav tako pripomorejo k skupni obstojnosti kompleksa R-zanke. Oba pojava imata v genomu pomembno vlogo pri regulaciji transkripcije, epigenetskih procesih in popravljalnih mehanizmih DNK [1].

=R-zanke v regulaciji genov=
Poznamo dvoje oblik regulacije nastanka/razgradnje R-zank: neposredno in posredno. Pri neposredni regulaciji se protein veže na R-zanko in jo stabilizira ali pa povzroči njeno razgradnjo, pri posredni pa pride do vpliva na strukturo kromatina, dodatno zvitje, transkripcijo. Eden od glavnih posrednih mehanizmov so transkripcijsko-replikacijski konflikti, saj je na tem mestu DNA v enoverižni obliki, prisotna je pre-mRNA, hkrati pa se zaradi počasnejšega premikanja RNA-polimeraze II (RNAPII) zaradi steričnega oviranja upočasni transkripcija.

Ker prekomerno število R-zank povezujemo z mnogimi patološkimi stanji kot so rak in različne nevrodegenerativne bolezni, celice potrebujejo posebne mehanizme, ki R-zanke odstranjujejo. Poznamo jih več vrst, in sicer jih večina deluje na podlagi encimov. Ena skupina med njimi so endonukleaze, ki cepijo fosfodiestrske vezi v molekuli mRNA in s tem razgrajujejo RNA v R-zanki. Primera teh encimov sta RNAzaH1 in RNAzaH2. R-zanke pa lahko odstranjujejo tudi helikaze, ki pomagajo pri razvijanju hibrida nukleinskih kislin s cepitvami vodikovih vezi ob porabi energije ATP – večinoma lahko delujejo bodisi na hibrid DNA:RNA bodisi na G-kvadruplekse. Obstajajo še drugi mehanizmi razgradnje R-zank, ki pa še niso popolnoma pojasnjeni.

=R-zanke v povezavi z regulacijo transkripcije=
Skozi čas so znanstveniki R-zankam pripisali velik pomen pri regulaciji izražanja genov, čeprav so sprva mislili, da gre za neke vrste napake pri transkripciji. Najpogosteje R-zanke nastanejo na promotorskih in terminatorskih regijah genov. Pojavnost R-zank na promotorskih regijah je večinoma povezana s promocijo transkripcije zaradi vezave transkripcijskih faktorjev na G-kvadruplekse. Na terminatorskih regijah omenjene zanke nastajajo kot matrica za vezavo helikaze SETX, ki zanko razdre, nato pa se na RNA veže eksonukleaza XRN2, ki jo razgradi in omogoči odstranitev RNAPII s čimer se transkripcija zaključi.

Ker je usoda RNA molekule v R-zanki njena relativno hitra razgradnja, je ta primernejša tarča za celične mehanizme, ki spreminjajo stabilnost in uravnavajo regulacijo R-zank brez vplivov na genom. Najpogostejša modifikacija RNA je pretvorba A v I (inozin) – to reakcijo katalizira skupina encimov RNA-specifične adenozin deaminaze. Ti nadzirajo količino telomernih R-zank v rakavih celicah in sicer tako, da to alternativno parjenje baz omogoči prepoznavo in razgradnjo zank z RNAzoH2. Druga oblika RNA modifikacije je metilacija adenozinov na N6 atomu (m6A), kar stabilizira strukture R-zank; obratno torej izguba teh modifikacij povzroči drastično znižanje njihovega števila in napake pri zaključku transkripcije.

=Vloga v organizaciji genoma=
V jedru je struktura kromatina organizirana na več ravneh, ki jih okvirno delimo na kompartmente, topološko asociirane domene (TAD) in kromatinske zanke. Tridimenzionalna ureditev genoma omogoča ustrezne stike med genomskimi elementi, prav tako pa vzpostavlja jasne meje med sosednjimi regijami. Ključno vlogo pri uravnavanju razdalj med posameznimi genomskimi elementi imajo kromatinske zanke znotraj TAD, ki nastanejo z drsenjem DNK verige skozi obroč kohezina. Proces se ustavi, ko kohezin naleti na vezan stop signal, najpogosteje arhitekturni protein CTCF, ki deluje kot mejni element in določa robove kromatinskih zank (slika 1: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12044674/figure/F4/) [1].
==Regulacija vezave CTCF in vplivi==
Prav na mejah med TAD ter na mestih vezave CTCF se pogosto pojavljajo tudi R-zanke in G4 kompleksi, torej ni presenetljivo, da pri urejanju genoma igrajo določeno vlogo. CTCF se veže na specifična DNK zaporedja, vendar je stabilnost vezave odvisna od mnogih faktorjev, kot so recimo lokalne strukture. Eksperimentalni podatki kažejo, da prisotnost R-zank v bližini CTCF motiva poveča njegovo afiniteto za vezavo, dodatna prisotnost G4 struktur pa vezavo še okrepi.
Ključno je, da se CTCF torej ne veže direktno na te strukture, ampak da delujejo posredno, tako da povečajo dostopnost DNK ter stabilizirajo konformacijo, ki je ugodna za vezavo. Regije, ki so bogate z R-zankami in G4, so zato pogosteje povezane z vezavo CTCF, kar prispeva k vzpostavitvi jasno definiranih območij z omejenimi medsebojnimi interakcijami.
V širšem kontekstu lahko R-zanke in G4 vplivajo na delovanje kohezinskega kompleksa tudi neodvisno od CTCF. Določene raziskave kažejo, da lahko te strukture delujejo kot funkcionalna ovira oz. stop signal, neodvisno od drugih proteinov. S tem dodatno prispevajo k nastanku in regulaciji kromatinskih zank [2].

==Vpliv na ureditev kohezina==
Kohezin se na DNK, ko je ta v odprti konformaciji, naloži v obroč, skozi katerega nato DNK drsi in s tem omogoča nastanek kromatinske zanke. Proces nalaganja in zapiranja obroča se odvija ob pomoči nalagalnega kompleksa NIPBL-MAU2, ki katalizira vezavo kohezinskega kompleksa. Študije kažejo, da se lahko ena izmed podenot kohezinskega kompleksa v določenih kontekstih neodvisno veže na R-zanko, ter po uspešni vezavi promovira sestavitev funkcionalnega kompleksa, tudi v odsotnosti NIPBL-MAU2. Takšni mehanizmi lahko delujejo kot dodatna ali alternativna pot usmerjanja kohezinov na specifična mesta genoma, zlasti v območjih aktivne transkripcije, kjer so R-zanke pogoste. [1].

=Zaključek=
=Viri=
[1] P. Wulfridge, K. Sarma: Intertwining roles of R-loops and G-quadruplexes in DNA repair, transcription, and genome organization. Nat. Cell Biol. 2024, 26, 1025–1036. DOI: 10.1038/s41556-024-01437-4 
[2] P. Wulfridge, Q. Yan, N. Rell, J. Doherty, S. Jacobson, S. Offley, S. Deliard, K. Feng, J. E. Phillips-Cremins, A. Gardini idr.: G-quadruplexes associated with R-loops promote CTCF binding. Mol. Cell 2023, 83, 3064-3079.e5. DOI: 10.1016/j.molcel.2023.07.009

[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]

R-zanke in G-kvadrupleksi pri organizaciji genoma in transkripciji

2026-04-11T22:32:52Z

Žiga Černoša:

=Uvod=
Kromatin si navadno predstavljamo kot dvojno DNK vijačnico, ovito okoli histonskih proteinov, vendar je njegova oblika v celici dejansko vselej spreminjajoča in jo lahko opazujemo v različnih konformacijah. Ena izmed teh je tri vijačna struktura, imenovana R-zanka, ki nastane, ko se veriga RNK vrine v DNK vijačnico in poveže z eno izmed verig. Ta struktura najpogosteje nastane med transkripcijo, ko se novo sintetizirana mRNK veže nazaj na svojo matrično DNK verigo, lahko pa se tvori tudi ob vezavi dolgih ne kodirajočih RNK (angl. lncRNA) na specifične regije genoma. Nagnjenost kromatina k tvorbi R-zank je odvisna od mnogih dejavnikov, recimo dodatnega zvitja, ključen pomen pa ima samo zaporedje nukleotidov. Najugodnejše so regije, kjer je matrična DNK veriga bogata z citozinom, saj je povezava z gvaninom bogato RNK verigo zelo termodinamsko ugodna, prav tako pa se v izpodrinjeni DNK verigi tripleti gvaninskih baz lahko organizirajo v sekundarno strukturo, imenovano G-kvadrupleks (G4). To je stabilna struktura, v kateri se štirje gvanini povežejo v ravninske G-tetrade z vodikovimi vezmi, te pa se zlagajo ena nad drugo in jih stabilizirajo kovinski ioni (npr. K⁺), prav tako pripomorejo k skupni obstojnosti kompleksa R-zanke. Oba pojava imata v genomu pomembno vlogo pri regulaciji transkripcije, epigenetskih procesih in popravljalnih mehanizmih DNK [1].

=R-zanke v regulaciji genov=
Poznamo dvoje oblik regulacije nastanka/razgradnje R-zank: neposredno in posredno. Pri neposredni regulaciji se protein veže na R-zanko in jo stabilizira ali pa povzroči njeno razgradnjo, pri posredni pa pride do vpliva na strukturo kromatina, dodatno zvitje, transkripcijo. Eden od glavnih posrednih mehanizmov so transkripcijsko-replikacijski konflikti, saj je na tem mestu DNA v enoverižni obliki, prisotna je pre-mRNA, hkrati pa se zaradi počasnejšega premikanja RNA-polimeraze II (RNAPII) zaradi steričnega oviranja upočasni transkripcija.

Ker prekomerno število R-zank povezujemo z mnogimi patološkimi stanji kot so rak in različne nevrodegenerativne bolezni, celice potrebujejo posebne mehanizme, ki R-zanke odstranjujejo. Poznamo jih več vrst, in sicer jih večina deluje na podlagi encimov. Ena skupina med njimi so endonukleaze, ki cepijo fosfodiestrske vezi v molekuli mRNA in s tem razgrajujejo RNA v R-zanki. Primera teh encimov sta RNAzaH1 in RNAzaH2. R-zanke pa lahko odstranjujejo tudi helikaze, ki pomagajo pri razvijanju hibrida nukleinskih kislin s cepitvami vodikovih vezi ob porabi energije ATP – večinoma lahko delujejo bodisi na hibrid DNA:RNA bodisi na G-kvadruplekse. Obstajajo še drugi mehanizmi razgradnje R-zank, ki pa še niso popolnoma pojasnjeni.

=R-ZANKE V POVEZAVI Z REGULACIJO TRANSKRIPCIJE=
Skozi čas so znanstveniki R-zankam pripisali velik pomen pri regulaciji izražanja genov, čeprav so sprva mislili, da gre za neke vrste napake pri transkripciji. Najpogosteje R-zanke nastanejo na promotorskih in terminatorskih regijah genov. Pojavnost R-zank na promotorskih regijah je večinoma povezana s promocijo transkripcije zaradi vezave transkripcijskih faktorjev na G-kvadruplekse. Na terminatorskih regijah omenjene zanke nastajajo kot matrica za vezavo helikaze SETX, ki zanko razdre, nato pa se na RNA veže eksonukleaza XRN2, ki jo razgradi in omogoči odstranitev RNAPII s čimer se transkripcija zaključi.

Ker je usoda RNA molekule v R-zanki njena relativno hitra razgradnja, je ta primernejša tarča za celične mehanizme, ki spreminjajo stabilnost in uravnavajo regulacijo R-zank brez vplivov na genom. Najpogostejša modifikacija RNA je pretvorba A v I (inozin) – to reakcijo katalizira skupina encimov RNA-specifične adenozin deaminaze. Ti nadzirajo količino telomernih R-zank v rakavih celicah in sicer tako, da to alternativno parjenje baz omogoči prepoznavo in razgradnjo zank z RNAzoH2. Druga oblika RNA modifikacije je metilacija adenozinov na N6 atomu (m6A), kar stabilizira strukture R-zank; obratno torej izguba teh modifikacij povzroči drastično znižanje njihovega števila in napake pri zaključku transkripcije.

=Vloga v organizaciji genoma=
V jedru je struktura kromatina organizirana na več ravneh, ki jih okvirno delimo na kompartmente, topološko asociirane domene (TAD) in kromatinske zanke. Tridimenzionalna ureditev genoma omogoča ustrezne stike med genomskimi elementi, prav tako pa vzpostavlja jasne meje med sosednjimi regijami. Ključno vlogo pri uravnavanju razdalj med posameznimi genomskimi elementi imajo kromatinske zanke znotraj TAD, ki nastanejo z drsenjem DNK verige skozi obroč kohezina. Proces se ustavi, ko kohezin naleti na vezan stop signal, najpogosteje arhitekturni protein CTCF, ki deluje kot mejni element in določa robove kromatinskih zank (slika 1: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12044674/figure/F4/) [1].
==Regulacija vezave CTCF in vplivi==
Prav na mejah med TAD ter na mestih vezave CTCF se pogosto pojavljajo tudi R-zanke in G4 kompleksi, torej ni presenetljivo, da pri urejanju genoma igrajo določeno vlogo. CTCF se veže na specifična DNK zaporedja, vendar je stabilnost vezave odvisna od mnogih faktorjev, kot so recimo lokalne strukture. Eksperimentalni podatki kažejo, da prisotnost R-zank v bližini CTCF motiva poveča njegovo afiniteto za vezavo, dodatna prisotnost G4 struktur pa vezavo še okrepi.
Ključno je, da se CTCF torej ne veže direktno na te strukture, ampak da delujejo posredno, tako da povečajo dostopnost DNK ter stabilizirajo konformacijo, ki je ugodna za vezavo. Regije, ki so bogate z R-zankami in G4, so zato pogosteje povezane z vezavo CTCF, kar prispeva k vzpostavitvi jasno definiranih območij z omejenimi medsebojnimi interakcijami.
V širšem kontekstu lahko R-zanke in G4 vplivajo na delovanje kohezinskega kompleksa tudi neodvisno od CTCF. Določene raziskave kažejo, da lahko te strukture delujejo kot funkcionalna ovira oz. stop signal, neodvisno od drugih proteinov. S tem dodatno prispevajo k nastanku in regulaciji kromatinskih zank [2].

==Vpliv na ureditev kohezina==
Kohezin se na DNK, ko je ta v odprti konformaciji, naloži v obroč, skozi katerega nato DNK drsi in s tem omogoča nastanek kromatinske zanke. Proces nalaganja in zapiranja obroča se odvija ob pomoči nalagalnega kompleksa NIPBL-MAU2, ki katalizira vezavo kohezinskega kompleksa. Študije kažejo, da se lahko ena izmed podenot kohezinskega kompleksa v določenih kontekstih neodvisno veže na R-zanko, ter po uspešni vezavi promovira sestavitev funkcionalnega kompleksa, tudi v odsotnosti NIPBL-MAU2. Takšni mehanizmi lahko delujejo kot dodatna ali alternativna pot usmerjanja kohezinov na specifična mesta genoma, zlasti v območjih aktivne transkripcije, kjer so R-zanke pogoste. [1].

=Zaključek=
=Viri=
[1] P. Wulfridge, K. Sarma: Intertwining roles of R-loops and G-quadruplexes in DNA repair, transcription, and genome organization. Nat. Cell Biol. 2024, 26, 1025–1036. DOI: 10.1038/s41556-024-01437-4 
[2] P. Wulfridge, Q. Yan, N. Rell, J. Doherty, S. Jacobson, S. Offley, S. Deliard, K. Feng, J. E. Phillips-Cremins, A. Gardini idr.: G-quadruplexes associated with R-loops promote CTCF binding. Mol. Cell 2023, 83, 3064-3079.e5. DOI: 10.1016/j.molcel.2023.07.009

[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]

R-zanke in G-kvadrupleksi pri organizaciji genoma in transkripciji

2026-04-11T22:32:26Z

Žiga Černoša:

=Uvod=
Kromatin si navadno predstavljamo kot dvojno DNK vijačnico, ovito okoli histonskih proteinov, vendar je njegova oblika v celici dejansko vselej spreminjajoča in jo lahko opazujemo v različnih konformacijah. Ena izmed teh je tri vijačna struktura, imenovana R-zanka, ki nastane, ko se veriga RNK vrine v DNK vijačnico in poveže z eno izmed verig. Ta struktura najpogosteje nastane med transkripcijo, ko se novo sintetizirana mRNK veže nazaj na svojo matrično DNK verigo, lahko pa se tvori tudi ob vezavi dolgih ne kodirajočih RNK (angl. lncRNA) na specifične regije genoma. Nagnjenost kromatina k tvorbi R-zank je odvisna od mnogih dejavnikov, recimo dodatnega zvitja, ključen pomen pa ima samo zaporedje nukleotidov. Najugodnejše so regije, kjer je matrična DNK veriga bogata z citozinom, saj je povezava z gvaninom bogato RNK verigo zelo termodinamsko ugodna, prav tako pa se v izpodrinjeni DNK verigi tripleti gvaninskih baz lahko organizirajo v sekundarno strukturo, imenovano G-kvadrupleks (G4). To je stabilna struktura, v kateri se štirje gvanini povežejo v ravninske G-tetrade z vodikovimi vezmi, te pa se zlagajo ena nad drugo in jih stabilizirajo kovinski ioni (npr. K⁺), prav tako pripomorejo k skupni obstojnosti kompleksa R-zanke. Oba pojava imata v genomu pomembno vlogo pri regulaciji transkripcije, epigenetskih procesih in popravljalnih mehanizmih DNK [1].

=R-zanke v regulaciji genov=
Poznamo dvoje oblik regulacije nastanka/razgradnje R-zank: neposredno in posredno. Pri neposredni regulaciji se protein veže na R-zanko in jo stabilizira ali pa povzroči njeno razgradnjo, pri posredni pa pride do vpliva na strukturo kromatina, dodatno zvitje, transkripcijo. Eden od glavnih posrednih mehanizmov so transkripcijsko-replikacijski konflikti, saj je na tem mestu DNA v enoverižni obliki, prisotna je pre-mRNA, hkrati pa se zaradi počasnejšega premikanja RNA-polimeraze II (RNAPII) zaradi steričnega oviranja upočasni transkripcija.

Ker prekomerno število R-zank povezujemo z mnogimi patološkimi stanji kot so rak in različne nevrodegenerativne bolezni, celice potrebujejo posebne mehanizme, ki R-zanke odstranjujejo. Poznamo jih več vrst, in sicer jih večina deluje na podlagi encimov. Ena skupina med njimi so endonukleaze, ki cepijo fosfodiestrske vezi v molekuli mRNA in s tem razgrajujejo RNA v R-zanki. Primera teh encimov sta RNAzaH1 in RNAzaH2. R-zanke pa lahko odstranjujejo tudi helikaze, ki pomagajo pri razvijanju hibrida nukleinskih kislin s cepitvami vodikovih vezi ob porabi energije ATP – večinoma lahko delujejo bodisi na hibrid DNA:RNA bodisi na G-kvadruplekse. Obstajajo še drugi mehanizmi razgradnje R-zank, ki pa še niso popolnoma pojasnjeni.

=R-ZANKE V POVEZAVI Z REGULACIJO TRANSKRIPCIJE
Skozi čas so znanstveniki R-zankam pripisali velik pomen pri regulaciji izražanja genov, čeprav so sprva mislili, da gre za neke vrste napake pri transkripciji. Najpogosteje R-zanke nastanejo na promotorskih in terminatorskih regijah genov. Pojavnost R-zank na promotorskih regijah je večinoma povezana s promocijo transkripcije zaradi vezave transkripcijskih faktorjev na G-kvadruplekse. Na terminatorskih regijah omenjene zanke nastajajo kot matrica za vezavo helikaze SETX, ki zanko razdre, nato pa se na RNA veže eksonukleaza XRN2, ki jo razgradi in omogoči odstranitev RNAPII s čimer se transkripcija zaključi.

Ker je usoda RNA molekule v R-zanki njena relativno hitra razgradnja, je ta primernejša tarča za celične mehanizme, ki spreminjajo stabilnost in uravnavajo regulacijo R-zank brez vplivov na genom. Najpogostejša modifikacija RNA je pretvorba A v I (inozin) – to reakcijo katalizira skupina encimov RNA-specifične adenozin deaminaze. Ti nadzirajo količino telomernih R-zank v rakavih celicah in sicer tako, da to alternativno parjenje baz omogoči prepoznavo in razgradnjo zank z RNAzoH2. Druga oblika RNA modifikacije je metilacija adenozinov na N6 atomu (m6A), kar stabilizira strukture R-zank; obratno torej izguba teh modifikacij povzroči drastično znižanje njihovega števila in napake pri zaključku transkripcije.

=Vloga v organizaciji genoma=
V jedru je struktura kromatina organizirana na več ravneh, ki jih okvirno delimo na kompartmente, topološko asociirane domene (TAD) in kromatinske zanke. Tridimenzionalna ureditev genoma omogoča ustrezne stike med genomskimi elementi, prav tako pa vzpostavlja jasne meje med sosednjimi regijami. Ključno vlogo pri uravnavanju razdalj med posameznimi genomskimi elementi imajo kromatinske zanke znotraj TAD, ki nastanejo z drsenjem DNK verige skozi obroč kohezina. Proces se ustavi, ko kohezin naleti na vezan stop signal, najpogosteje arhitekturni protein CTCF, ki deluje kot mejni element in določa robove kromatinskih zank (slika 1: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12044674/figure/F4/) [1].
==Regulacija vezave CTCF in vplivi==
Prav na mejah med TAD ter na mestih vezave CTCF se pogosto pojavljajo tudi R-zanke in G4 kompleksi, torej ni presenetljivo, da pri urejanju genoma igrajo določeno vlogo. CTCF se veže na specifična DNK zaporedja, vendar je stabilnost vezave odvisna od mnogih faktorjev, kot so recimo lokalne strukture. Eksperimentalni podatki kažejo, da prisotnost R-zank v bližini CTCF motiva poveča njegovo afiniteto za vezavo, dodatna prisotnost G4 struktur pa vezavo še okrepi.
Ključno je, da se CTCF torej ne veže direktno na te strukture, ampak da delujejo posredno, tako da povečajo dostopnost DNK ter stabilizirajo konformacijo, ki je ugodna za vezavo. Regije, ki so bogate z R-zankami in G4, so zato pogosteje povezane z vezavo CTCF, kar prispeva k vzpostavitvi jasno definiranih območij z omejenimi medsebojnimi interakcijami.
V širšem kontekstu lahko R-zanke in G4 vplivajo na delovanje kohezinskega kompleksa tudi neodvisno od CTCF. Določene raziskave kažejo, da lahko te strukture delujejo kot funkcionalna ovira oz. stop signal, neodvisno od drugih proteinov. S tem dodatno prispevajo k nastanku in regulaciji kromatinskih zank [2].

==Vpliv na ureditev kohezina==
Kohezin se na DNK, ko je ta v odprti konformaciji, naloži v obroč, skozi katerega nato DNK drsi in s tem omogoča nastanek kromatinske zanke. Proces nalaganja in zapiranja obroča se odvija ob pomoči nalagalnega kompleksa NIPBL-MAU2, ki katalizira vezavo kohezinskega kompleksa. Študije kažejo, da se lahko ena izmed podenot kohezinskega kompleksa v določenih kontekstih neodvisno veže na R-zanko, ter po uspešni vezavi promovira sestavitev funkcionalnega kompleksa, tudi v odsotnosti NIPBL-MAU2. Takšni mehanizmi lahko delujejo kot dodatna ali alternativna pot usmerjanja kohezinov na specifična mesta genoma, zlasti v območjih aktivne transkripcije, kjer so R-zanke pogoste. [1].

=Zaključek=
=Viri=
[1] P. Wulfridge, K. Sarma: Intertwining roles of R-loops and G-quadruplexes in DNA repair, transcription, and genome organization. Nat. Cell Biol. 2024, 26, 1025–1036. DOI: 10.1038/s41556-024-01437-4 
[2] P. Wulfridge, Q. Yan, N. Rell, J. Doherty, S. Jacobson, S. Offley, S. Deliard, K. Feng, J. E. Phillips-Cremins, A. Gardini idr.: G-quadruplexes associated with R-loops promote CTCF binding. Mol. Cell 2023, 83, 3064-3079.e5. DOI: 10.1016/j.molcel.2023.07.009

[[Category:SEM]] [[Category:BMB]]

R-zanke in G-kvadrupleksi pri organizaciji genoma in transkripciji

2026-04-11T22:31:06Z

Žiga Černoša:

R-zanke in G-kvadrupleksi pri organizaciji genoma in transkripciji

2026-04-11T22:30:35Z

Žiga Černoša:

BIO2 Seminar 2025

2025-12-17T16:21:48Z

Žiga Černoša: /* Seznam seminarjev */

= Biokemijski seminar =
doc. dr. Gregor Gunčar, K2.022

== Seznam seminarjev ==
{| class="wikitable"
! študent !! poglavje !! naslov seminarja !! recenzent 1 !! recenzent 2 !! datum oddaje !! datum recenzije !! datum predstavitve
|-
| Sojer, Peter || 12 || || Sumina, Mia || Logar, Klara || 24/10/2025 || 27/10/2025 || 29/10/2025
|-
| Vertnik, Tadej || 12 || [[BIO2_Povzetki_seminarjev_2025|Proteinska fosfataza 1 pod nadzorom SDS22 in inhibitorja-3]] || Prevodnik, Tjaša || Jelaković, Tina || 24/10/2025 || 27/10/2025 || 29/10/2025
|-
| Grošelj, Kristina || 12 || || Markova, Evdokija || Bratkovič, Maša || 24/10/2025 || 27/10/2025 || 29/10/2025
|-
| Korbar, Maruša || 12 || || Papa, Maja || Žižmund, Bruno || 24/10/2025 || 27/10/2025 || 29/10/2025
|-
| Fink Ružič, Ema || 12 || || Sojer, Peter || Sumina, Mia || 31/10/2025 || 03/11/2025 || 05/11/2025
|-
| Neloska, Nina || 12 || || Vertnik, Tadej || Prevodnik, Tjaša || 31/10/2025 || 03/11/2025 || 05/11/2025
|-
| Bogataj, Tjaša || 12 || || Žižmund, Bruno || Markova, Evdokija || 31/10/2025 || 03/11/2025 || 05/11/2025
|-
| Uršič, Neža || 12 || || Korbar, Maruša || Sojer, Peter || 31/10/2025 || 03/11/2025 || 05/11/2025
|-
| Peteh, Zoja || 14-15 || || Fink Ružič, Ema || Papa, Maja || 07/11/2025 || 10/11/2025 || 12/11/2025
|-
| Černoša, Žiga || 14-15 || Glukokinaza pri človeku - več kot le heksokinaza || Neloska, Nina || Vertnik, Tadej || 07/11/2025 || 10/11/2025 || 12/11/2025
|-
| Sitki, Anna || 14-15 || || Bogataj, Tjaša || Grošelj, Kristina || 07/11/2025 || 10/11/2025 || 12/11/2025
|-
| Kranjc Praprotnik, Ana || 14-15 || || Uršič, Neža || Korbar, Maruša || 07/11/2025 || 10/11/2025 || 12/11/2025
|-
| Željko, Urška || 16 || || Peteh, Zoja || Fink Ružič, Ema || 14/11/2025 || 17/11/2025 || 19/11/2025
|-
| Matjašec, Klemen || 16 || || Černoša, Žiga || Neloska, Nina || 14/11/2025 || 17/11/2025 || 19/11/2025
|-
| Trojer, Pavel || 16 || Kataplerotske in anaplerotske reakcije Krebsovega cikla || Sitki, Anna || Bogataj, Tjaša || 14/11/2025 || 17/11/2025 || 19/11/2025
|-
| Šen Bubnjevič, Nuša || 16 || || Kranjc Praprotnik, Ana || Uršič, Neža || 14/11/2025 || 17/11/2025 || 19/11/2025
|-
| Špan, Ana || 17 || || Željko, Urška || Peteh, Zoja || 21/11/2025 || 24/11/2025 || 26/11/2025
|-
| Filipič, Žan || 17 || Pomen ketonskih telesc za celice in dolgoživost || Matjašec, Klemen || Černoša, Žiga || 21/11/2025 || 24/11/2025 || 26/11/2025
|-
| Zaletelj, Teja || 17 || Mitohondriji – več kot le vir energije: razkrita pot sinteze maščobnih kislin || Trojer, Pavel || Sitki, Anna || 21/11/2025 || 24/11/2025 || 26/11/2025
|-
| Vetrih, Elina || 17 || Vpliv časa pri zaužitju maščob na metabolizem || Šen Bubnjevič, Nuša || Kranjc Praprotnik, Ana || 21/11/2025 || 24/11/2025 || 26/11/2025
|-
| Kokol, Manja || 18 || || Špan, Ana || Željko, Urška || 28/11/2025 || 01/12/2025 || 03/12/2025
|-
| Ničić, Petar || 18 || Cikel uree in hiperamonemija: okvare v ciklu in možni terapevtski pristopi || Filipič, Žan || Matjašec, Klemen || 28/11/2025 || 01/12/2025 || 03/12/2025
|-
| Založnik, Lina || 18 || || Zaletelj, Teja || Trojer, Pavel || 28/11/2025 || 01/12/2025 || 03/12/2025
|-
| Pikelj, Vesna || 18 || Pomen razvejanih aminokislin || Vetrih, Elina || Šen Bubnjevič, Nuša || 28/11/2025 || 01/12/2025 || 03/12/2025
|-
| Kovač, Maša || 19 || || Kokol, Manja || Špan, Ana || 05/12/2025 || 08/12/2025 || 10/12/2025
|-
| Rampre, Inja || 19 || Nekodirajoče RNA kot dirigenti motenj mitohondrijske oksidativne fosforilacije || Ničić, Petar || Filipič, Žan || 05/12/2025 || 08/12/2025 || 10/12/2025
|-
| Jeretič, Timon || 19 || || Založnik, Lina || Zaletelj, Teja || 05/12/2025 || 08/12/2025 || 10/12/2025
|-
| Debevec, Ana || 19 || || Pikelj, Vesna || Vetrih, Elina || 05/12/2025 || 08/12/2025 || 10/12/2025
|-
| Sedonja, Jakob || 20 || || Kovač, Maša || Kokol, Manja || 12/12/2025 || 15/12/2025 || 17/12/2025
|-
| Činkole Črček, Anja || 20 || || Rampre, Inja || Ničić, Petar || 12/12/2025 || 15/12/2025 || 17/12/2025
|-
| Gobec, Lara || 20 || || Jeretič, Timon || Založnik, Lina || 12/12/2025 || 15/12/2025 || 17/12/2025
|-
| Milić, Danka || 20 || Saharoza in dentalni karies: oralni biofilmi in polimikrobne interakcije v mikrookoljih || Debevec, Ana || Pikelj, Vesna || 12/12/2025 || 15/12/2025 || 17/12/2025
|-
| Štante, Nejc || 21 || || Sedonja, Jakob || Kovač, Maša || 19/12/2025 || 22/12/2025 || 24/12/2025
|-
| Lanišek, Eva || 21 || || Činkole Črček, Anja || Rampre, Inja || 19/12/2025 || 22/12/2025 || 24/12/2025
|-
| Bedjanič, Bine || 21 || Sfingolipidi: Od biosinteze do vloge v celični in tkivni homeostazi || Gobec, Lara || Jeretič, Timon || 19/12/2025 || 22/12/2025 || 24/12/2025
|-
| Presker, Urša || 21 || || Milić, Danka || Debevec, Ana || 19/12/2025 || 22/12/2025 || 24/12/2025
|-
| Smodiš, Živa || 22 || || Štante, Nejc || Sedonja, Jakob || 02/01/2026 || 05/01/2026 || 07/01/2026
|-
| Logar, Klara || 22 || || Lanišek, Eva || Činkole Črček, Anja || 02/01/2026 || 05/01/2026 || 07/01/2026
|-
| Jelaković, Tina || 22 || || Bedjanič, Bine || Gobec, Lara || 02/01/2026 || 05/01/2026 || 07/01/2026
|-
| Bratkovič, Maša || 22 || || Presker, Urša || Milić, Danka || 02/01/2026 || 05/01/2026 || 07/01/2026
|-
| Žižmund, Bruno || 23 || || Smodiš, Živa || Štante, Nejc || 09/01/2026 || 12/01/2026 || 14/01/2026
|-
| Sumina, Mia || 23 || || Logar, Klara || Lanišek, Eva || 09/01/2026 || 12/01/2026 || 14/01/2026
|-
| Prevodnik, Tjaša || 23 || || Jelaković, Tina || Bedjanič, Bine || 09/01/2026 || 12/01/2026 || 14/01/2026
|-
| Markova, Evdokija || 23 || || Bratkovič, Maša || Presker, Urša || 09/01/2026 || 12/01/2026 || 14/01/2026
|-
| Papa, Maja || 23 || || Grošelj, Kristina || Smodiš, Živa || 09/01/2026 || 12/01/2026 || 14/01/2026
|}

*številka v okencu za temo pomeni poglavje v Lehningerju, v katerega naj izbrana tema spada
Razporeditev je začasna in se lahko še spremeni, načeloma pa se termini do vključno 18. poglavja ne bodo spreminjali.
Prosim, da mi sporočite morebitne napake ali če vas nisem razporedil.

== Gradivo za predavanja ==
Gradivo za predavanja in seminarje najdete na http://bio.ijs.si/~zajec/bio2/
username: bio2
password: samozame

==Naloga==
'''Vaša naloga za seminar je: '''
Samostojno pripraviti seminar o seminarski temi, ki vam je bila dodeljena. Za osnovo morate vzeti pregledni članek iz revije, ki ima faktor vpliva nad 5 (npr. [http://www.sciencedirect.com/science/journal/09680004/ TIBS]. Poiskati morate še vsaj tri znanstvene članke, ki se nanašajo na opisano temo, in jih uporabiti kot podlago za seminarsko nalogo! Članki so dostopni [https://libgen.is/ tukaj].

Za pripravo seminarja velja naslednje: 
* [[BIO2 Povzetki seminarjev 2025|Povzetek seminarja]] opišete na wikiju '''v 200 besedah''' (+- dvajset besed) - najkasneje do dne, ko morate oddati seminar recenzentom. Povzetek je tudi del pisnega izdelka.
* Povezavo do povzetka vnesete v tabelo seminarjev tekočega letnika.
* Seminar pripravite v obliki seminarske naloge na ~5–12 straneh A4 (pisava 12, enojni razmak, 2,5 cm robovi). Obseg seminarja naj bo 2700 do 3000 besed , a ne več kot 3500 besed. Seminarska naloga mora vsebovati najmanj tri slike, bolje več. Eno sliko morate narisati sami in to pod sliko posebej označiti. Slika mora imeti legendo in v besedilu mora biti na ustreznem mestu sklic na sliko. 
* Seminar oddajte do datuma oddaje, ki je naveden v tabeli, v elektronski obliki z uporabo [http://bio.ijs.si/~zajec/poslji/ tega obrazca].
* Vsi seminarji so v elektronski obliki dostopni [http://bio.ijs.si/~zajec/poslji/bioseminar/ tukaj].
* Recenzenti do dneva, določenega v tabeli, določijo popravke (v elektronski obliki) in podajo oceno pisnega dela. Popravljen seminar oddajte z uporabo [http://bio.ijs.si/~zajec/poslji/ tega obrazca].
* Ustna predstavitev sledi na dan, ki je vpisan v tabeli. Za predstavitev je na voljo 15 do 18 minut. Recenzenti morajo biti na predstavitvi prisotni.
* Predstavitvi sledi razprava. Recenzenti podajo oceno predstavitve in postavijo najmanj dve vprašanji. Vsi ostali morajo postaviti še dve dodatni vprašanji v okviru celega seminarskega obdobja. Vprašanja, ki ste jih postavili, vpišite na [https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSdV9OFlNzI3XyS8FRGnuIbG89gwH_36uwz29ocigV--2CXSbQ/viewform tukaj].
* Na dan predstavitve morate še pred predstavitvijo oddati končno (popravljeno) elektronsko verzijo seminarja, predstavitev pa morate oddati na strežnik na dan predstavitve do polnoči.
* Seminarska naloga in povzetek morajo biti v slovenskem jeziku, razen za študente, katerih materni jezik ni slovenščina. Ti lahko oddajo seminar v angleškem jeziku.

==Imena datotek==
Prosim vas, da vse datoteke, ki mi jih pošiljate, poimenujete po naslednjem ključu:
* 312_BIO_Priimek_Ime.docx za seminar, npr. 312_BIO_Guncar_Gregor.docx
* 312_BIO_Priimek_ime_final.docx za končno verzijo seminarja
* 312_BIO_Priimek_Ime_rec_Priimek2.docx za recenzijo, kjer je Priimek2 priimek recenzenta, npr. 312_BIO_Guncar_Gregor_rec_Scott.docx (če se pišete Scott in odajate recenzijo za seminar, ki ga je napisal Gunčar)
* 312_BIO_Priimek_Ime.pptx za prezentacijo, npr 312_BIO_Guncar_Gregor.pptx
* 312_BIO_Priimek_ime_poprava.doc(x) za popravljeno končno verzijo seminarja, če so popravki manjši

==Ocenjevanje seminarjev==
Recenzenti ocenijo seminar tako, da izpolnijo [https://docs.google.com/forms/d/1EQDYwFO-DEzZ2R7jf8DhLqIeV4FFxRd3-ScceEASpt4/viewform recenzentsko poročilo] na spletu. Recenzentsko poročilo morate oddati najkasneje do 21:00, en dan pred predstavitvijo seminarja.

== Mnenje o predstavitvi ==
Vsak posameznik odda svoje mnenje o predstavitvi takoj po predstavitvi z online glasovanjem.

==Urejanje spletnih strani na wikiju==
Wiki so razvili zato, da lahko spletne vsebine ureja vsakdo. Ukazi so preprosti, dokler si ne zamislite česa prav posebnega. Vseeno pa je Word v primerjavi z wikijem pravo čudežno orodje ... Če imate težave z oblikovanjem besedila, si preberite poglavje o urejanju wiki-strani na Wikipediji ([http://en.wikipedia.org/wiki/Help:Editing tule] v angleščini in [http://sl.wikipedia.org/wiki/Wikipedija:Urejanje_strani tu] v slovenščini). Pomaga tudi, če pogledate, kako je zapisana kakšna stran, ki se vam zdi v redu: kliknite na zavihek 'Uredite stran' in si poglejte, kako so vpisane povezave, kako nov odstavek in podobno. ''Na koncu seveda pod oknom za urejanje kliknite na 'Prekliči'.''

==Citiranje virov==
V seminarskih nalogah uporabljajte način citiranja, ki je predpisan za [https://fkkt.uni-lj.si/fileadmin/datoteke/1-O_fakulteti/3-Pravilniki__akti/2_stopnja_Pravilnik_Priloge/Navodila_za_izdelavo_dipl_mag_dela_PB3.pdf diplomska in magistrska dela na FKKT].
Temeljno načelo je, da je treba vir navesti na tak način, da ga je mogoče nedvoumno poiskati.

BIO2 Povzetki seminarjev 2025

2025-12-05T20:45:04Z

Žiga Černoša: /* Povzetki seminarjev */

== Povzetki seminarjev ==
{| class="wikitable"
! študent !! naslov seminarja !! povzetek seminarja
|-
| Sojer, Peter ||naslov
||Inositol fosfati (InsP) in inositol pirofosfati (PP-InsP) so raznolika skupina bioaktivnih molekul, ki izhajajo iz kombinatorne fosforilacije cikloheksanskega inositolnega obroča. Te izjemno raznovrstne molekule, ki so široko razširjene v živih organizmih, delujejo kot sekundarni signalni posredniki, alosterični regulatorji, substrati in strukturni kofaktorji. Njihova kompleksna presnovna mreža je povezana s številnimi celičnimi potmi in tvori zapleten sistem, ki vpliva na skoraj vse vidike celične fiziologije. Ta seminarski članek ponuja celovit pregled najpogostejših InsP in PP-InsP, pri čemer preučuje njihovo biosintezo, presnovne povezave in strukturno raznolikost. Posebna pozornost je namenjena njihovim interakcijam z beljakovinami, vključno z njihovo sposobnostjo, da delujejo kot regulativni ligandi, ki modulirajo stabilnost beljakovin, aktivnost in signalne kaskade. Raziskujemo tudi uveljavljene in nastajajoče metodologije, ki se uporabljajo za preučevanje teh molekul, skupaj z nedavnimi odkritji, ki poudarjajo njihovo vlogo pri ohranjanju fiziološke homeostaze. Poleg tega ta seminarska naloga obravnava posledice motenega metabolizma InsP, pri čemer poudarja, kako dereguliranje prispeva k patološkim stanjem, kot so presnovne motnje, nevrodegeneracija, imunsko disfunkcija in rak. S konsolidacijo trenutnega znanja si to delo prizadeva pojasniti nerešena vprašanja na tem področju in poudariti terapevtski potencial ciljanega delovanja na poti, povezane z InsP, pri boleznih človeka.
|
|-
| Vertnik, Tadej || Proteinska fosfataza 1 pod nadzorom SDS22 in inhibitorja-3 || Proteinska fosfataza 1 (PP1), prisotna v vseh evkariontskih celicah, katalizira velik del defosforilacij serinskih (Ser) in treoninskih (Thr) aminokislinskih ostankov v proteinih. Sodeluje v številnih signalnih poteh in drugih celičnih procesih. Strogo jo regulirajo številni regulatorni interaktorji proteinske fosfataze ena (RIPPO). Dva najpogosteje izražena sta supresor-Dis2-številka 2 (SDS22) in inhibitor-3 (I3). Omenjena regulatorna interaktorja proteinske fosfataze ena (RIPPO) tvorita trojni kompleks s proteinsko fosfatazo 1 (PP1). Njuna delecija vodi do fenotipov mitotske zaustavitve, kar je lahko za nekatere organizme smrtonosno. Funkcija supresorja-Dis2-številka 2 (SDS22) in inhibitorja-3 (I3) je že desetletja neznanka. V preteklosti sta bila SDS22 in I3 poznana zgolj kot aktivatorja in inhibitorja PP1. V minulih letih pa so znanstveniki prišli do podrobnejših ugotovitev o kompleksni večstopenjski vlogi SDS22 in I3 v življenjskem ciklu PP1. Sodelujeta namreč pri stabilizaciji in aktivaciji novih PP1, translokaciji PP1 v jedro in tudi shranjevanju PP1 za ponovno uporabo pri tvorbi holoencimov. Obstoječe študije nakazujejo, da SDS22 in I3 služita tudi kot lovilca PP1 za proteolitsko degradacijo. Predstavljene bodo posamezne in medsebojne interakcije PP1, SDS22 in I3. ||
|-
| Grošelj, Kristina ||VPLIV SONČNE SVETLOBE NA SIGNALNE POTI
||Sončna svetloba je nekaj, s čimer se vsi vsakodnevno srečujemo, ampak le redko pomislimo, kako močno vpliva na celice v naši koži. Koža ni le pasivna pregrada, ampak je aktiven organ, ki zaznava svetlobo s pomočjo posebnih molekul. Najpomembnejši za zaznavanje svetlobe so opsini, ki so svetlobno občutljivi receptorji, ki delujejo podobno kot tisti v očeh, vendar so prisotni tudi v koži. Poleg opsinov sodelujejo še druge molekule, kot so kriptokromi, flavini, hemoproteini in melanin.Ob izpostavljenosti UVA-svetlobi se v keratinocitih aktivira opsin OPN3, ki sproži signalno kaskado preko G-proteinov. Ta vodi do sproščanja kalcija in aktivacije encimov, ki na koncu omogočijo nastanek melaninske kape, ki ščiti DNA pred UVA. Po drugi strani pa UVB in ROS sprožijo signalne poti, kot so MAPK in NF-κB, ki vodijo do razgradnje kolagena, vnetja in fotostaranja kože. Rdeča svetloba pa ima obraten učinek, saj preko mitohondrijev aktivira STAT3, ki spodbuja celjenje ran. Vse te poti kažejo, da sončna svetloba ni enoznačno dobra ali slaba, ampak sproža kompleksne odzive, ki so lahko ali pozitivni ali pa škodljivi, odvisno od količine in vrste svetlobe.
|
|-
| Korbar, Maruša || Osteoartroza: vloga signalne poti Wnt pri ravnovesju med regeneracijo in razgradnjo hrustanca || Osteoartroza je kronična, degenerativna bolezen sklepov, ki prizadene milijone ljudi po svetu in je glavni vzrok invalidnosti oziroma fizične oviranosti pri starejši populaciji. Njen razvoj je na biokemijskem nivoju posledica porušenega ravnovesja med sintezo in razgradnjo hrustančnega zunajceličnega matriksa. Ključno vlogo pri tem igrajo hondrociti, glavne celice sklepnega hrustanca. Njihova presnovna aktivnost je strogo uravnana, k čemur pomembno prispeva Wnt signalizacija. Ta vpliva na razvoj, diferenciacijo in preživetje hondrocitov ter uravnava ravnovesje med proliferacijo in zorenjem celic. V seminarski nalogi se osredotočam na potek signalnih poti in njihov vpliv. Kanonična Wnt/beta-kateninska pot nadzoruje izražanje genov, povezanih s sintezo kolagena, proteoglikanov in encimov za razgradnjo zunajceličnega matriksa. Nekanonične poti (Wnt/PCP in Wnt/ Ca2+) pa urejajo celično polariteto, komunikacijo med celicami in organizacijo tkiva. V zdravem hrustancu so te poti uravnotežene. Prekomerna aktivnost vodi v hipertrofijo hondrocitov, fibrozo in razgradnjo matriksa, medtem ko prenizka aktivnost zmanjšuje regeneracijske sposobnosti. Razumevanje mehanizma teh signalnih poti je zato pomembno za razvoj novih učinkovitih terapevtskih pristopov k zdravljenju osteoartroze. Eden izmed njih je zdravljenje z Lorecivivintom, ki je trenutno v tretji fazi kliničnega testiranja in pri testirancih kaže zelo obetavne rezultate. ||
|-
| Fink Ružič, Ema || Nikotin actetilholinski receptor || Nikotinski acetilholinski receptorji (nAChR) so integralni, od liganda odvisni ionski kanalčki. Sestavljeni so iz petih podenot, ki so razporejene okoli centralnega ionskega kanala. Ob vezavi acetilholina pride do značilnih konformacijskih sprememb v strukturi proteina, kar omogoči prehod kationov. Zaradi sposobnosti, da kemični signal pretvorijo v električnega, imajo ključno vlogo pri prenosu živčnih impulzov in se zato nahajajo v sinapsah centralnega in perifernih živčnih sistemov ter v živčno-mišičnih stikih.

Strukturno so razdeljeni tri funkcionalne dela - na zunajcelični del, transmembranski del in znotrajcelični del. Vezava liganda na ortosterično mesto sproži konformacijske spremembe, ki omogočijo odpiranje ionskega kanala. Poleg ortosteričnih vezavnih mest so bila odkrita tudi alosterična mesta, ki omogočajo dodatno, posredno uravnavanje aktivnosti receptorja. V seminarski nalogi je natančneje opisana struktura receptorja, ter tri različne znane konformacije, v katerih se (nAChR) lahko nahaja. Poleg tega je predstavljena tudi vloga alosteričnih modulatorjev in njihov vpliv na delovanje receptorja. Alosterični modulatorji lahko povečajo (pozitivni modulatorji) ali zmanjšajo (negativni modulatorji) aktivnost receptorja in imajo velik pomen pri razvoju novih zdravil, ki ciljajo na živčni sistem. Eno takih zdravil je danes že v uporabi za zdravljenje poporodne depresije. Ta receptor uravnava tudi sproščanje dopamina v možganih in zato igra pomembno vlogo pri razumevanju zasvojenosti.||
|-
| Neloska, Nina || Serotoninski receptorji in vpliv lipidno-proteinskih interakcij || Serotonin je v splošni javnosti znan kot “molekula dobrega počutja”, saj ga pogosto povezujemo z uravnavanjem razpoloženja. Poleg tega ima številne druge učinke na organizme, zaradi česar je izjemno kompleksna signalna molekula. Razumevanje mehanizmov serotoninske signalizacije je ponovno izziv. Več različnih tipov sinaptičnih serotoninskih receptorjev (5-HT-R), ki večinoma pripadajo družini z G-proteini sklopljenih receptorjev (GPCR), izkazujejo zanimive interakcije z lipidi, zlasti s holesterolom. Ugotovljeno je bilo, da sta učinkovitost in funkcionalna aktivnost 5-HT1-R in 5-HT3-R receptorjev neposredno odvisni od prisotnosti holesterola. Podobno tudi pri serotoninskem prenašalcu (SERT), ki sodeluje pri ponovnem privzemu serotonina v predsinaptično membrano, kaže izrazite spremembe v svojem konformacijskem ravnovesju, kadar je holesterol vezan na specifične domene na proteinu. V sinaptičnih membranah so prisotni številni, evolucijsko ohranjene domene, tako imenovani “lipidni splavi” (angl. lipid rafts), za katere je bilo dokazano, da vplivajo na funkcionalnost receptorjev, kar dodatno potrjuje njihovo vlogo v regulaciji signalnih procesov. Poleg tega serotonin lahko neposredno vpliva na lastnosti membrane z vezavo na polarne glave lipidov, kar spreminja fleksibilnost in premeabilnost membrane ter pospešuje zlivanje veziklov. Te kompleksne interakcije med lipidi in membranskimi proteini, zlasti med serotoninskimi receptorji in lipidi, ki sestavljajo celično membrano, so verjetno ključne za popolno razumevanje serotoninske signalizacije. ||
|-
| Bogataj, Tjaša || Endomembranska signalizacija GPCR || Receptorji sklopljeni z G-proteini (GPCR) so največja skupina celičnih receptorjev. Zaznavajo signale zunaj celice in sprožijo odziv celice preko znotrajceličnih signalov. Sodelujejo pri transkripciji genov, uravnavajo fiziološke procese in so pomembni pri številnih boleznih. Raziskave v zadnjih letih so potrdile, da signalizacija preko G-proteinov ne delujejo le na plazemski membrani, ampak tudi na membranah znotrajceličnih organelov, kot so endosomi in Golgijev aparat. Hipotezo so potrdili s študijo o receptorju za tiroidni stimulirajoči hormon (TSH) in študijo o receptorju za paratiroidni hormon (PTH). Predstavili so nov mehanizem delovanja signalizacije, kjer se lahko cAMP ponovno aktivira tudi po internalizaciji GPCR. Ključen pomen ima jakost interakcije med receptorjem in ligandom ter lokacija in časovno trajanje signalizacije. Pomembno vlogo ima β-arrestin saj omogoči notranjo signalizacijo. Sproži aktivacijo receptorja in prenos receptorja v endosome. Povzroči lahko tudi dodatne signalne poti z nastankom megakompleksov. Sproži desenzitacijo, s čimer prepreči nadaljnjo aktivacijo G-proteinov. Signalizacija GPCR se odvija tudi v jedro, kjer je ključen nastanek PKA holoencimov. Znanstveniki odpirajo novo vprašanje o mehanizmu v znotrajceličnem prostoru, ki bi ga imenovali intrakrini. S tem bi razširili do sedaj znana prepričanja o endokrini, parakrini in avtokrini signalizaciji GPCR. V nadaljevanju bodo predstavljeni ključni mehanizmi endomembranske GPCR in njeni fiziološki učinki, s čimer se odpirajo tudi potencialne možnosti za razvoj novih zdravil. ||
|-
| Uršič, Neža || Signalne poti kot ključni dejavniki pri razvoju motenj avtističnega spektra || Avtizem je zapletena razvojna motnja, ki je v zadnjih letih doživela velik porast. Pojavlja se v različnih stopnjah težavnosti, zato je del motenj avtističnega spektra. Povzroča težave s socialno komunikacijo, socialno interakcijo in težave na področju fleksibilnosti mišljenja. Ker je zelo kompleksna bolezen za njen pojav ne moremo določiti le enega samega razloga, temveč se pojavi zaradi interakcij genetskih, okolijskih in imunoloških dejavnikov. Med drugim so zelo pomembne različne signalne poti (wnt, mTOR in Notch) in sinaptične funkcije, katerih nepravilno delovanje lahko vodi do razvoja avtizma. Mutacije v wnt signalizaciji vodijo do prevelike proliferacije embrionalnih živčnih matičnih celic, prekomerno delovanje mTOR signalne poti pa povzroča povečano sintezo z avtizmom povezanih proteinov. Sinaptični proteini, ki skrbijo za pravilno delovanje sinaps in so povezani z avtizmom so nevroligini, nevreksini, kalcijevi in natrijevi kanalčki ter proteini SHANK. K razvoju simptomov avtizma lahko prispevajo tudi imunski dejavniki. Predvsem nepravilno delovanje in avtofagija mikroglija celic ter z njimi povezane notch signalizacije. Zaenkrat znanstveniki še niso odkrili zdravila oz. terapije, ki bi delovala celostno in bi izboljšala vse simptome avtizma. Zato je boljše razumevanje teh poti in njihovih mehanizmov pomembno za odkrivanje novih in učinkovitejših terapij, ki bi olajšale življenja mnogim osebam z motnjami avtističnega spektra. ||
|-
| Sitki, Anna || Posebnosti glikogena v možganih in nevrološke bolezni shranjevanja glikogena || Funkcije in presnova glikogena, ki v celicah predstavlja zalogo energije, so najbolje raziskane v mišičnih in jetrnih celicah. Zaradi raznolikosti funkcij je nedavno poraslo zanimanje za preučevanje glikogena v možganskih celicah, predvsem v astrocitih. Tam predstavlja hiter vir energije, poleg tega pa aktivno sodeluje pri posredni energijski oskrbi nevronov, uravnavanju homeostaze glutamata in utrjevanju sinaptičnih povezav za višje kognitivne funkcije. Mutacije v genih, ki kodirajo za encime sodelujoče v presnovi glikogena, vodijo do nevroloških bolezni shranjevanja glikogena, kot so Laforina bolezen, odrasla bolzen poliglukozanskih teles in Pompejeva bolezen. Zaradi nabiranja poliglukozanskih telesc v možganskih celicah te bolezni spremljajo tudi nevrološki simptomi. Obstoječe terapije za nabiranje glikogena v celicah, kot je encimska nadomestna terapija, pri boleznih osrednjega živčevja niso učinkovite, saj ne prehajajo krvno-možganske pregrade. V razvoju so druge metode, kot so vezava encimov na protitelesa, intracerebroventrikularna aplikacija zdravil, transport skozi receptorje v krvno-možganski pregradi in genske terapije. Največji izziv ostaja učinkovit vnos v možgane in iskanje enotnega načina terapije za vse n-GSD. Napredek na tem področju bo odprl možnosti za zdravljenje tudi drugih nevrodegenerativnih bolezni, povezanih z moteno presnovo glikogena. ||
|-
| Kranjc Praprotnik, Ana || Glukoneogeneza kot ključni dejavnik pri sladkorni bolezni tipa 2 || Sladkorna bolezen tipa 2 je obolenje, ki ni prirojeno, ampak se razvije skozi življenje posameznika. Nanjo vpliva vrsta številnih dejavnikov med drugim tudi metabolna pot glukoneogeneza, katere moten potek znotraj jetrnih celic lahko negativno vpliva na obolele. Ta proces uravnava vrsta dejavnikov med katerimi sta najbolj pomembna hormona inzulin in glukagon. Njuni nasprotujoči učinki zagotavljajo homeostazo krvnega sladkorja med drugim preko nadzora transkripcije glukoneogeneznih encimov fosfoenol karboksilaza in glukoza-6-fosfataza. Porušenje te dinamike lahko pripomore k napačni regulaciji metabolizma glukoze, kar lahko povzroči nastanek bolezni ali njeno poslabšanje. Raziskave so pokazale, da na elemente glukoneogeneznega mehanizma učinkuje tudi encim in regulator sirtuin1, katerega boljše razumevanje predstavlja novo možnost za zdravljenje diabetesa tipa 2. V medicini pa se za blaženje zdravljenje že uporablja učinkovina metformin. Na videz preprosta molekula lahko poseže v celične procese preko adenozin monofosfat kinaza odvisne in neodvisne poti in s tem na številne načine blaži prekomerno delovanje omenjene metabolne poti. Razumevanje različnih vidikov zaviranja in spodbujanja glukoneogeneze je eden izmed ključnih korakov za razvoj novih učinkovin, ki bi lahko zmanjšale simptome sladkorne bolezni tipa 2 ali celo pripomogle k popolni ozdravitivi ene izmed najbolj razširjenih bolezni moderne družbe. ||
|-
| Černoša, Žiga || Glukokinaza pri človeku - več kot le heksokinaza || Glukokinaza (GCK) je encim, ki spada v širšo skupino encimov heksokinaz. Najdemo jo predvsem v β–celicah pankreasa in v hepatocitih, kjer katalizira reakcijo fosforilacije glukoze v glukozo–6–fosfat ob porabi ATP. Je monomerni encim, ki ga kodira en sam gen, tega pa regulirata dva različna promotorja, t. i. upstream v β–celicah pankreasa in t. i. downstream v hepatocitih. Izbiro promotorja preko transkripcijskih faktorjev posredno uravnava hormon inzulin. V jetrih je sinteza encima glukokinaze regulirana transkripcijsko – posredno z inzulinom; več kot ga je, večja je promocija transkripcije – kot tudi post–translacijsko z glukokinaznim regulatornim proteinom, ki GCK zadržuje v neaktivni obliki v hepatocitnem jedru. V pankreasu GCK predstavlja senzor za koncentracijo glukoze v krvi, zato se izraža neprestano, na podlagi zaznav pa se v kri sprošča inzulin. Med heksokinazami GCK izkazuje unikatno kinetiko, z najnižjo vezavno afiniteto za glukozo in navideznim kooperativnim efektom, kar gre pripisati spremembam konformacijskih stanj encima ob katalitični funkciji. Nepravilno delovanje GCK v našem telesu lahko vodi do najrazličnejših zdravstvenih zapletov, med njimi monogenskih oblik diabetesa, ki se kažejo v raznih oblikah hipo– ali hiperglikemije, zato je nujna učinkovita diagnostika bolezenskih stanj, kot tudi prihodnje raziskovanje delovanja, pomena in celičnih mehanizmov v povezavi z GCK. ||
|-
| Peteh, Zoja || Pentoza fosfatna pot – nova obzorja spregledane presnovne poti || Pentoza fosfatna pot (PPP) je metabolna pot oksidacije glukoze, konkurenčna glikolizi. V bioloških sistemih je prisotna od nastanka prvih oblik življenja in ohranjena je v vseh organizmih. Po prvem koraku glikolize se od nje loči in porablja glukoza-6-fosfat za tvorbo NADPH v oksidativni in riboze-5-fosfat v neoksidativni veji. NADPH ima poglavitno vlogo pri vzdrževanju redukcijsko-oksidacijske homeostaze in je nepogrešljiv za regeneracijo antioksidantov, obenem pa lahko tudi podpira nastajanje reaktivnih zvrsti. Razmerje med PPP in glikolizo skokovito naraste, ko je celica izpostavljena oksidativnemu stresu. Metabolni preklop je rezultat sodelovanja transkripcijskih, alosteričnih in posttranslacijskih regulatornih mehanizmov. Odgovor na stresne pogoje pa sega onkraj generacije NADPH in vključuje tudi aktivno indukcijo izražanja genov, povezanih z odzivom na stres. NADPH z redukcijskim potencialom za anabolni metabolizem in metaboliti neoksidativne veje kot prekurzorji omogočajo biosintezo lipidov, aminokislin, nukleotidov, vitaminov B2 in B6 ter podporo metabolizmu folata. Na področju uravnavanja cirkadiane ure so novi izsledki izzvali uveljavljen model transkripcijsko-translacijske povratne zanke in razkrili filogenetsko ohranjene redoks ritme, neodvisne od ciklov prepisovanja. PPP kot kritični vir NADPH se izkaže za pomembnega regulatorja tako transkripcijskih kot redoks oscilacij. PPP lahko deluje pro- ali antiferoptozno. Verjetno pa so med vsemi tipi celic od PPP najbolj odvisni prav nevroni. ||
|-
| Željko, Urška || ||Parkinsonova bolezen je nevrodegenerativna bolezen, pri kateri odmirajo dopaminerični nevroni v predelu srednjih možganov imenovani substania nigra. Značilnosti bolezni so oligomeri in fibrili proteina α-sinukleida v citosolu, okvare v mitohondrijskih funkcijah in njim sledeči simptomi, kot je med drugim tudi povišano število kisikovih reaktivnih zvrsti. Mitohondrijska akonitaza je eden od encimov Krebsovega cikla in prispeva k nastanku energije za celico, njena aktivnost pa je zni-žana pri bonikih s Parkinsonovo boleznijo. ||
|-
| Matjašec, Klemen ||Metaboliti cikla citronske kisline in njihov vpliv na zdravje Kosti in osteoporozo ||Osteoporoza je bolezen, za katero je značilno zmanjšanje kostne mase in gostote, kar vodi v povečano tveganje za zlome. K nastanku bolezni prispevajo staranje, hormonske spremembe in epigenetski dejavniki, ki vplivajo na diferenciacijo osteoblastov in osteoklastov. V zadnjih letih so raziskave pokazale, da intermediati citratnega cikla, kot so citrat, α-ketoglutarat in itakonat, poleg svoje energetske vloge sodelujejo tudi pri epigenetski regulaciji. Ti intermediati vplivajo na acetilacijo in demetilacijo histonov ter s tem na izražanje genov, ki uravnavajo kostni metabolizem. Encimi, kot so piruvat dehidrogenaza in α-KG dehidrogenaza, lahko delujejo tudi v jedru, kjer tvorijo lokalne vire acetil-CoA in sukcinil-CoA za histonske modifikacije. Poleg tega α-KG in itakonat kažeta terapevtski potencial, saj zmanjšujeta izgubo kostne mase in spodbujata regeneracijo kosti. Demetilaze, kot je FTO, prav tako uravnavajo kostno diferenciacijo in odziv celic na stres. Vsa ta odkritja kažejo, da povezava med celičnim metabolizmom in epigenetskimi spremembami odpira nove možnosti za zdravljenje osteoporoze. ||
|-
| Trojer, Pavel || Kataplerotske in anaplerotske reakcije Krebsovega cikla || Krebsov cikel ni pomemben le za oksidacijo acetil-CoA, ampak ima vlogo metabolnega krožišča, na katerem se srečujejo reakcije anabolizma in katabolizma. Intermediati igrajo ključno vlogo pri biosintezi glukoze, aminokislin, lipidov in drugih ključnih molekul. Zaradi preusmerjanja intermediatov cikla na takšne metabolne poti (katapleroza), se nabor molekul cikla zmanjša. Posledica tega vpelje nujnost obstoja reakcij, ki te molekule dopolnjujejo (anapleroza), ter vzdržujejo njihove koncentracije približno konstantne. Primer takšne reakcije je encimsko katalizirana pretvorba piruvata v oksaloacetat z encimom piruvat karboksilazo, ki ima nadvse kompleksno zgradbo in delovanje. Po drugi strani se oksaloacetat lahko pretvarja v fosfoenolpiruvat z encimom fosfoenolpiruvat karboksikinaza, ki izraža neobičajen nadzor pretoka skozi lastno reakcijo. Neustrezna regulacija teh dveh reakcij je tesno povezana s kronično hiperglikemijo (povišana raven krvnega sladkorja) oziroma diabetesom tipa 2, ki nastopi, če je pretok v proces glukoneogeneze prekomeren. Ena izmed kataplerotskih reakcij je tudi transport citrata iz mitohondrija, ki deluje kot način prenosa acetil koencima A v citosol za namen biosinteze predvsem maščobnih kislin. Preučena literatura jasno utemeljuje, kako pomembna je pravilna regulacija katapleroze in anapleroze za potrebe metabolnega ravnovesja in kako centralno vlogo ima Krebsov cikel v celičnih procesih, saj je preko omenjenih anaplerotskih in kataplerotskih reakcij v tesnem stiku z glukoneogenezo in lipogenezo. ||
|-
|Šen Bubnjevič, Nuša ||Možne modifikacije Krebsovega cikla ob celičnem stresu ||Krebsov cikel ni le osrednja metabolna pot za aerobno pridobivanje ATP, temveč predstavlja tudi fleksibilno mrežo, ki omogoča celicam prilagoditev na različne stresorje. Ob oksidativnem stresu, ki ga povzročajo reaktivni kisikovi delci (ROS), se cikel preusmeri, da zmanjša nastajanje NADH in hkrati poveča proizvodnjo NADPH, kar krepi antioksidativne sisteme. Alfa ketoglutarat deluje kot neencimski “scavenger” ROS, pri čemer nastane sukcinat, ki deluje tudi kot signalna molekula za sprožitev obrambnih mehanizmov. Krebsov cikel je tudi ključnega pomena pri obrambi proti kovinski toksičnosti, saj nekateri intermediati cikla sodelujejo pri imobilizaciji nekaterih toksičnih kovin. Pseudomonas fluorescens lahko nasprotuje toksičnemu aluminiju tako, da preusmeri pretvorbo citrata v oksalat, kar omogoča vezavo aluminijevih ionov in njihovo odstranjevanje iz celice. Pri cinku se Krebsov cikel prilagodi z večjo sintezo oksaloacetata in alfa ketoglutarata, ki podpirata nastanek aminokislin za imobilizacijo cinka, ter z vzpodbujanjem ATP proizvodnje preko substratne fosforilacije. Obenem se poveča aktivnost encimov za tvorbo NADPH, medtem ko so encimi, ki proizvajajo NADH, zavirani, kar krepi antioksidativne sisteme in zmanjšuje oksidativni stres. Poleg tega modulacija Krebsovega cikla vpliva na dovzetnost bakterij za antibiotike. Povečana aktivnost cikla in proizvodnja NADH krepita protonsko motorno silo, kar omogoča učinkovitejši transport določenih antibiotikov v bakterijsko celico. ||
|-
|Zaletelj,Teja||Mitohondriji – več kot le vir energije: razkrita pot sinteze maščobnih kislin||Mitohondriji so dolgo veljali za »energetske tovarne« celice, kjer poteka razgradnja hranil in nastanek energije ATP z oksidativno fosforilacijo. V zadnjem desetletju pa postaja vse jasneje, da ti organeli niso le končno mesto katabolizma, temveč tudi pomembno središče biosintetskih procesov. Med njimi je ključna, a dolgo spregledana, mitohondrijska sinteza maščobnih kislin. Čeprav je znano, da ravno ta pot sodeluje pri nastanku lipojske kisline-nepogrešljive za delovanje Krebsovega cikla, še vedno ni jasno, zakaj mitohondriji ohranjajo lastno pot sinteze maščobnih kislin in kako ta vpliva na njihovo energijsko učinkovitost. Avtorji članka so želeli razjasniti vlogo mitohondrijske sintezne poti maščobnih kislin pri uravnavanju oksidativnega metabolizma ter razkriti, kako pomanjkanje te poti vpliva na mitohondrijsko funkcijo in bolezni. Z uporabo živalskih modelov, bolniških vzorcev in biokemijskih metod so analizirali izražanje genov v tej poti, strukturo kompleksov elektronske transportne verige in metabolne posledice motenj v tej poti. Raziskava razkriva, da ta pot ni pomembna le za sintezo lipojske kisline, temveč tudi za tvorbo daljših acilnih verig, potrebnih za sestavljanje kompleksov dihalne verige. Motnje v njej povzročajo napake v dihanju, presnovne bolezni in nevrološke simptome.||
|-
|Filipič, Žan||Pomen ketonskih telesc za celice in dolgoživost||Ketonska telesca nastajajo v jetrih med β-oksidacijo maščobnih kislin. Medtem ko je aceton večinoma le stranski produkt, se acetoacetat in β-hidroksibutirat uporabljata kot vir energije, predvsem v možganih, srcu in mišicah. Poleg tega, da telesu priskrbijo energijo, pa imajo ketonska telesca tudi druge funkcije. Pri metabolizmu ketonskih telesc nastane namreč oksidativni stres, ki v telesu sproži hormezni odziv. Tako ketonska telesca posredno pripomorejo k antioksidativnemu in protivnetnemu delovanju v mitohondrijih, izboljšajo njihovo funkcijo, sprožijo popravljanje DNA, avtofagijo… Vse te učinke dosežejo z aktivacijo regulatornih proteinov kot so Nrf2 (transkripcijski faktor povezan z eritroidnim faktorjem 2), sirtuini (družina NAD+ odvisnih deacetilaz) in AMPK (AMP-aktivirane kinaze)… Nekatere študije nakazujejo, da ima β-hidroksibutirat poleg posrednega morda tudi neposreden vpliv. Pri nekaterih živalih pa so ketonska telesca povzročila podaljšano življenjsko dobo, npr. pri vinskih mušicah, C. elegans. Predvideva se, da bi lahko β-hidroksibutirat na podoben način z različnimi epigenetskimi vplivi podaljšal življenjsko dobo tudi pri človeku. Zaradi raznih pozitivnih učinkov so se razvile ketogene diete. Čeprav jih večina uporablja za izgubljanje prekomerne telesne teže, imajo tudi drugačne aplikacije. Zanimive so predvsem za bolnike s srčnimi boleznimi, epilepsijo, … Problemi zaradi ketonskih telesc pa se pojavijo, če njihova koncentracija v krvi preveč naraste, saj to povzroči ketoacidozo.||
|-
|Špan, Ana||Regulacija proteinov procesa β oksidacije glede na življenjski slog||Maščobne kisline so pomemben vir energije, shranjujejo se v obliki trigliceridov v maščobnem tkivu. Z njihovo razgradnjo s procesom β-oksidacije v mitohondrijih predstavljajo dolgoročno energijsko zalogo organizmov. Čeprav je primarni vir energije glukoza, lahko telo zaradi intenzivnosti fizične aktivnosti, hormonske regulacije ter razpoložljive zaloge makrohranil prioritizira oksidacijo maščobnih kislin. Enega največjih porabnikov energije v telesu predstavljajo skeletne mišice, ki imajo več mitohondrijev in transporterjev maščobnih kislin kot preostale celice. Ti transporterji so: CD36, FABPpm, FABPc ter FATP, kateri omogočajo transport maščobnih kislin v celico ter iz nje. Njihova koncentracija in lega v miocitu sta odvisna od treh glavnih signalnih poti, ki so močno odvisne ena od druge. Te poti so AMPK, ki se aktivira ob povečani porabi ATP-ja, PGC-1α, ki vpliva na izražanje encimov β-oksidacije in PPAR, ki pa z aktivacijo poveča transkripcijo genov za transport maščobnih kislin. Oksidacijo maščobnih kislin posredno usmerjata tudi telesna aktivnost, ki preko signalnih poti vpliva na število mitohondrijev in transporterjev ter HFD, ki poveča koncentracijo FFA v celici. Količina transporterjev je odvisna tudi od spola posameznika, saj imajo ženske na splošno več le-teh, ter njegovega ITM, prekomerno težki imajo namreč slabši izkoristek β-oksidacije kot ljudje z normalno telesno maso.||
|-
|Vetrih, Elina||Vpliv časa pri zaužitju maščob na metabolizem||Dandanes ima vedno večji del populacije diabetes tipa 2 ali prekomerno telesno težo. Eden izmed razlogov je tudi neenakomerno in ne regulirano uživanje obrokov. Časovna razporeditev obrokov pomembno vpliva na metabolizem. Študije kažejo, da pozno uživanje hrane zmanjša lipidni katabolizem, poveča lipogenezo in poveča verjetnost za debelost. Ravno obratno pa časovno omejeno prehranjevanje izboljša metabolizem, zato cirkadiadna ura prehranjevanja kaže pomembno strategijo pri preprečevanju presnovnih bolezni.
Presnova maščob in njenih kislin je natančno usklajena z notranjo biološko uro, ki v telesu uravnava dnevne ritme metabolizma. Osrednji cirkadiani regulator SCN (Suprachiasmatic nucleus) preko signalov svetlobe koordinira periferni cirkadiani sistem v jetrih, maščevju in mišicah. Mehanizem je pod vplivom transkripcijske zanke BMAL1 (brain and Mucle hydrocarbon receptor nuclear translocator-like1 ali Basic helix-loop-helix ARNT-like protein 1) in CLOCK (circadian locomotor output cycles kaput protein), ki aktivira izražanje genov PER (Period Circadian Regulator) in CRY (Cryptochrome Circadian Regulator), ti pa z negativno povratno zanko zavirajo kompleks BMAL1 in CLOCK. S tem uravnavajo 24-urni ritem. Hkrati pa REV-ERB in RORγ (related orphan receptor gamma) jedrna receptorja sinhronizirata uravnavanje genov povezanih z metabolizmom lipidov.
Cirkadiani sistem vpliva na ključne poti presnove maščob, kot sta sinteza in razgradnja trigliceridov, beta-oksidacijo maščobnih kislin, sintezo holesterola in nastanka žolčnih kislin. Tudi absorpcija lipidov, nastanek hilomikronov ter izločanje VLDL je pod vplivom tega sistema.||
|-
|Pikelj, Vesna||Pomen razvejanih aminokislin||Razvejane aminokisline so izjemnega pomena za organizem. Le-te namreč sodelujejo pri procesih, brez katerih organizem ne more preživeti. Pomembne so za sekrecijo inzulina iz β Langerhansovih otočkov, promovirajo sintezo novih proteinov v tkivih, se vgrajujejo v nove proteine, lahko inhibirajo proteaze in s tem preprečijo razgradnjo proteinov, ob pomankanju ogljikovih hidratov/stradanju jih lahko organizem oksidira za pridobivanje energije. Njihova koncentracija v krvni plazmi, ki jo uravnava cirkadiani ritem, vpliva na komunikacijo med astrociti in nevroni, med možgani in perifernimi organi, nekatere študije celo kažejo, da lahko pomagajo pri zdravljenju možganskih poškodb. Obstajajo mnoge patologije, ki jih lahko prepoznamo po nenavadnih koncentracijah razvejanih aminokislin v krvni plazmi, npr. nespečnost, apneja med spanjem, diabetes tipa 2, bolezni srca in ožilja ... Nenormalne koncentracije razvejanih aminokislin v krvi so lahko tudi posledica/indikatorji raznih bolezni jeter, ki so sicer ključen organ za metabolizem aminokislin. Primer takšne bolezni je nealkoholna zamaščenost jeter, kjer se koncentracija razvejanih aminokislin poveča, pri cirozi jeter pa je ta koncentracija manjša. Poleg patoloških pa so tudi drugi dejavniki, ki vplivajo na cirkadiane ritme in s tem na koncentracijo razvejanih aminokislin, npr. debelost, izmensko delo ipd.||
|-
|Založnik, Lina||Regulacija katabolizma aminokislin in njegov vpliv na razvoj debelosti in diabetesa tipa 2||Katabolizem aminokislin je natančno reguliran in ima mnogo širšo vlogo, kot zgolj pretvorbo presežkov aminokislin v energijo. V zadnjih letih je postalo jasno, da produkti njihove razgradnje delujejo kot pomembni signalni regulatorji, ki vplivajo na gensko ekspresijo, hormonske poti, epigenetske mehanizme in celotno presnovno homeostazo. Ključno vlogo pri tem imajo encimi, ki razgrajujejo aminokisline (AADE), njihovo izražanje pa uravnavajo hormoni, kot sta glukagon in glukokortikoidi, ter jetrni transkripcijski faktorji HNF1 in HNF4α. Dodatno plast regulacije predstavlja mikroRNA, ki lahko zavira translacijo posameznih encimov, kar pomembno vpliva na presnovo aminokislin z razvejano verigo (BCAA) in posledično na aktivnost signalnih poti, kot je mTORC1.
Črevesna mikrobiota prav tako pomembno prispeva k metabolizmu aminokislin, saj proizvaja metabolite, ki vplivajo na energetsko ravnovesje, funkcijo imunskega sistema in nastanek potencialno toksičnih spojin. Motnje v teh presnovnih mehanizmih so povezane z razvojem debelosti, inzulinske rezistence in diabetesa tipa 2, pri čemer posebno izstopa kopičenje BCAA zaradi zmanjšane aktivnosti encimov BCAT() in BCKDH. Spremembe v presnovi triptofana in njegovi kinureninski poti dodatno prispevajo k moteni inzulinski signalizaciji. Zato se katabolizem aminokislin vse bolj prepoznava kot pomemben dejavnik presnovnega zdravja ter potencialna tarča za prihodnje terapevtske pristope.||
|-
|Ničić, Petar||Cikel uree in hiperamonemija: okvare v ciklu in možni terapevtski pristopi||Cikel uree je ključna metabolna pot specifična za jetra, ki predstavlja zelo pomemben del sistema, ki vzdržuje homeostazo v organizmu. Reakcije, ki ga sestavljajo, omogočajo pretvorbo metabolitov, kot so aminokisline, v odpadni dušikov produkt, sečnino. Celoten proces je natančno reguliran, nekatere molekule pa lahko na različne načine vplivajo na potek cikla. Primera takšnih molekul sta acetil-CoA in NAD+, posebej zanimiv je NAD+, ki sodeluje pri regulaciji cikla preko regulatornih proteinov sirtuinov, ki nadzirajo več delov cikla. Disrupcije v ciklu, ki se kažejo kot razvoj patoloških stanj pa so lahko zelo resne in privedejo do razvoja hiperamonemije. Primera takšnih obolenj sta citrulinemija tipa 1 in 2, ki nastopita, če se encim ASS1 (argininosukcinat sintetaza I) pri tipu 1, in AGC2 (aspartat-glutamatni prenašalec II) pri tipu 2, okvari in pride do kopičenja citrulina in posledično tudi amonijaka v telesu. Pri obeh pride do mutacij v genu za protein, ki je posledično nedelujoč oz. ima zmanjšano delovanje in se cikel uree ne more izvesti do konca. Da ne pride do zapletov po razvoju hiperamonemije, ki vključujejo tudi komo in smrt, pa je ključno posredovanje z zdravili, ki omogočajo znižanje koncentracije amonijaka v krvi in s tem odpravijo stanje hiperamonemije. Zdravila lahko delujejo na več načinov.||
|-
|Kokol, Manja||Vloga amonijaka pri hepatični encefalopatiji||Hepatična encefalopatija je pogost in ponavljajoč zaplet, ki se pojavi pri boleznih povezanimi z jetri in njihovim delovanjem. Po navadi spremlja akutno odpoved jeter, operacijo šanta in cirozo. Posledica hepatične encefalopatije so različni nevropsihiatrični simptomi, ki segajo od poslabšanja kognitivnih funkcij do kome. Razvoj hepatične encefalopatije je povezan s povečano koncentracijo amonijaka v telesu, ki je posledica okvarjenega delovanja cikla uree. Ko se v jetrih premalo amonijaka pretvori v ureo, začnejo tega razstrupljevati ostali organi. Razstrupljanje amonijaka v mišicah in možganih poteka preko encima glutamin sintetaza, ki glutamat pretvori v glutamin. Povečane koncentracije amonijaka in glutamina v celicah so vzrok različnih motenj, kot sta na primer mišična sarkopenija in možganski edem (oteklina možganov). Za hepatično encefalopatijo je značilna okvara mitohondrijev, predvsem v astrocitnih. Kot posledica okvare, v mitohondrijih nastajajo reaktivne kisikove zmesi, ki v celicah povzročajo oksidativni stres. Simptome hepatične encefalopatije povzroča tudi spremenjeno delovanje nevronskih receptorjev, kot sta NMDA receptor in GABA-A receptor. Nekatera obstoječa zdravila za hepatično encefalopatijo izboljšujejo njene simptome, vendar ne delujejo pri vseh bolnikih in ne odpravijo vzroka bolezni. Zato bi lahko boljše razumevanje metabolizma amonijaka vodilo k učinkovitejšim možnostim zdravljenja hepatične encefalopatije.||
|-
|Rampre, Inja||Nekodirajoče RNA kot dirigenti motenj mitohondrijske oksidativne fosforilacije||Nekodirajoče ribonukleinske kisline so pogosto spregledane zaradi svoje majhnosti, vendar raziskave kažejo, da imajo ključno vlogo v regulaciji celičnih procesov. Ta preglej osvetljuje njihov vpliv na elektronsko transportno verigo in oksidativno fosforilacijo, ki sta ključna procesa za pridobivanje celične energije. Analiza sodobne literature nam predstavi, kako nekodirajoče ribonukleinske kisline preko regulacije transkripcije in translacije oblikuejo sestavo kompleksov, kot je ATP sintaza ter tako vzpostavijo ali porušijo homeostazo oksidativne fosforilacije. Posledično tako vplivajo na druge celične procese in z njimi povezane bolezni in odpornost proti zdravilom. V pregledu je sicer predstavljenih nekaj konkretnih primerov regulacije kompleksov oksidativne fosforilacije z nekoridajočimi ribonukleinskimi kislinami, a poznamo še ogromno drugih, ki tukaj niso zajeti.||
|-
|Jeretič, Timon||Vzroki in posledice endosimbiotskega prenosa genov||Prenos mitohondrijskih genov v jedro je kompleksen večstopenjski proces. Glavni dejavniki, ki vplivajo na ta proces so: kontrola redox reakcij, hidrofobnost in velikost proteinov, centralna kontrola mitohondrijev in energijska učinkovitost. Če bi mitohondriji ostali samostojni bi se celica težje integrirala in delovala enotno. Prenos genov se začne tako, da fragment mtDNA vstopi v jedro, kjer dobi aktivacijsko sekvenco in N-končni transportni peptid za mitohondrije. V citosolu se sintetizira, v mitohondriju pa se zvije in izgubi transportni peptid. Na podlagi silnic razložimo, da se ohranijo predvsem katalitične podenote elektronske prenašalne verige. Mitohondrijske gene lahko ročno premaknemo v jedro, so pa fragmenti mtDNA, ki se sami vstavijo v DNA eden od vzrokov za staranje organizma.||

BIO2 Povzetki seminarjev 2025

2025-11-07T19:07:12Z

Žiga Černoša: /* Povzetki seminarjev */