Wiki FKKT - User contributions [en]

Virusni nukleoproteinski kompleksi in njihova funkcija

2026-04-12T16:36:08Z

Klemen Matjašec:

=Uvod=
hnRNP-ji (heterogeneous nuclear ribonucleoproteins) so skupina proteinov, ki jih uvrščamo med RBP-je (RNA binding proteins), torej proteine, ki se vežejo na RNA preko različnih domen in tako izvajajo svoje regulatorne funkcije. hnRNP-ji se vežejo specifično na hnRNA (heterogeneous nuclear RNA, pre-mRNA) in igrajo pomembno vlogo v praktično vseh pomembnih procesih vezanih na nukleinske kisline, kot so transkripcija, izrezovanje intronov, transport in celo podaljševanje telomer – ravno to pa jih dela popolne tarče za viruse, ki za svoje preživetje izkoriščajo makromolekule gostiteljske celice. Virusi so namreč odvisni od njih tekom celotnega virusnega življenjskega cikla, ki vključuje šest glavnih stopenj: pripenjanje, vstop v celico (penetracija), slečenje (razgradnja kapside/ovojnice), replikacija in ekspresija genoma, sestavljanje in sproščanje virionov (novonastalih delcev, ki so zmožni nove okužbe) iz gostiteljske celice.

Viruse lahko v grobem razdelimo v tri skupine, RNA viruse, DNA viruse in retroviruse. Njihova glavna razlika je, kot že sama imena namigujejo, v vrsti njihovega genoma– posledično tudi hnRNP-ji opravljajo pri različnih skupinah drugačne naloge. Virusom, ki sodijo v posamezno skupino, lahko določimo tudi podskupine, ki jih označimo s kraticami, kot so ss (enoverižna) in ds (dvoverižna), ter (+) (smiselna veriga) in (-) (protismiselna veriga).

=Vloga hnRNP v replikaciji in transkripciji virusnega genoma=
Pri RNA virusih ima (+) ssRNA vlogo mRNA, medtem ko dsRNA in/ali (-) ssRNA predstavljata matrico za verigo, iz katere se ta mRNA prepisuje. Eden izmed bolj raziskanih RNA virusov je človeški poliovirus (PV), v katerem tekom replikacije in transkripcije igrata glavno vlogo hnRNP C in hnRNP E2. Gre za virus, katerega genom je zapisan kot (+)ssRNA, kar pomeni, da ga gostiteljska celica takoj prepozna kot mRNA in začne s sintezo proteinov, za replikacijo pa se mora najprej sintetizirati (-)ssRNA. hnRNP C se nato na (-) ssRNA veže preko domene RRM (ang. RNA recognition motif) in tam interagira s proteinom 3CD, ki je poliprotein z dvema vlogama, proteazno (3C) in polimerazno (3D). Ko se ta virusni protein prevede ob translaciji na (+)ssRNA, 3C reže na cepitvenem mestu med samim seboj in 3D, kar omogoča, da se 3D spremeni v popolnoma funkcionalno RdRp (ang. RNA-dependent RNA polymerase). Poleg tega pa ima hnRNP C tudi šaperonsko funkcijo, ki omogoča, da se (-) ssRNA zvije v takšno konformacijo, ki spodbuja sintezo (+) ssRNA. hnRNP E2 pa interagira s proteini PABP (ang. Poly-A-binding proteins) na 3’ koncu (+) ssRNA, in tako prenese aktivno RdRp s 5’ na 3’ konec. Ob tem hnRNP E2 izgubi eno izmed svojih treh RNA-vezavnih mest, kar omogoči, da se protein veže na ‘deteljasto’ strukturo na 5’ koncu (+) ssRNA. To omogoča replikacijo PV RNA, saj PABP združijo 3’ in 5’ konca virusne (+) ssRNA.

Pri DNA virusih je veliko manj interakcij med hnRNPji in virusnim genomom, najbolj znan primer je pri virusu Hepatitis B (HBV), kjer protein A3B inhibira ekspresijo virusa tako, da inhibira vezavo hnRNP K na ojačevalno zaporedje (enhancer II) na virusu HBV.

Tudi pri retrovirusih je teh interakcij manj. Pri najbolj raziskanem virusu iz te skupine, HIV, hnRNP K deluje kot ogrodje med proteinom Nef (protein, ki HIV-u omogoča še večjo infektivnost) in celičnimi kinazami, da se tvori kompleks NAKC. Ta sproži signalno pot Erk1/2, ki omogoči virusnem proteinu Tat, da sproži transkripcijo virusnega genoma. Kadar želi HIV ostati skrit pred imunskim sistemom se hnRNP G veže na provirusno DNA (virusno DNA, ki se integrira v genom), in sicer na mesto LTR (long terminal repeat), kar omogoča, da se ta DNA zvije tako, da se nanju RNA polimeraza ne more vezati in transkripcija ni mogoča. Kot nasprotje hnRNP G deluje hnRNP A2/B1 kot aktivator, saj prepozna G-kvadruplekse na LTR in se nanje veže, kar spodbuja transkripcijo.

=Vloga hnRNP pri post-transkripcijski regulaciji=
hnRNP-ji imajo tudi ključno vlogo kot regulatorji virusne genske ekspresije, saj sodelujejo pri številnih post-transkripcijskih procesih, vključno z alternativnim rezanjem mRNA, stabilizacijo RNA, poliadenilacijo in regulacijo translacije. Njihova vloga je še posebej pomembna pri virusih, kjer omogočajo natančno časovno in količinsko kontrolo izražanja virusnih genov.
Pri RNA virusih hnRNP-ji uravnavajo razrez in stabilnost virusne RNA ter vplivajo na razmerje med različnimi proteinskimi produkti. Pri virusu influence A (gripa) je M segment primer alternativnega rezanja, kjer nerazrezana mRNA kodira protein M1, razrezana oblika pa M2, ki tvori ionski kanalček. Proteina hnRNP K in NS1-BP sta ključna za izrez introna in nastanek M2. Za virus je ključno ohranjanje ravnotežja med M1 in M2. Zmanjšana funkcija teh proteinov vodi v porušeno razmerje med M1 in M2, kar bistveno zavira virusno replikacijo, zato predstavlja hnRNP K potencialno terapevtsko tarčo.
hnRNP-ji sodelujejo tudi pri stabilizaciji virusnih RNA. Poliovirus, ki je tudi RNA virus, ima mRNA molekulo, ki ne vsebuje 5'terminalne kape. mRNA, ki nimajo 5' kape, so pa v celicah podvržene razgradnji z eksonukleazami. A kljub temu, da poliovirusna mRNA nima 5' kape, je zelo stabilna, saj ima poliovirusni genom na 5' koncu strukturo deteljice, ki je dodatno stabilizirana z hnRNP-jem E. Mutacije v hnRNP E, ki preprečujejo vezavo na RNA, povzročijo destabilizacijo virusnega genoma in hitro razgradnjo RNA.
Pri DNA virusih, kot je HPV (človeški papiloma virus), in retrovirusih imajo hnRNP-ji pomembno vlogo pri regulaciji razrezovanja in translacije. Pri HPV se ekspresija hnRNP A povečuje z diferenciacijo epitelijskih celic, kar vpliva na alternativno rezanje virusnih mRNA. E6 (protiapoptotski protein, ki zavira p53) in E7(protein, ki zavira retinoblastoma protein) sta dva ključna onkoproteina, ki pa nastaneta iz iste pre-mRNA. Nerezana oblika predstavlja E6, rezana pa E7. Oba gena nosita zapis za proteina, ki sta ključnega pomena za uspešno nadaljevanje okužbe zato mora biti njuna ekspresija nujno regulirana. Količina hnRNP A je pomembna za razmerje med nastankom E6 in E7 saj se poveže z elementom za utišanje rezanja in zmanjša nastanek E7., medtem ko pa hnRNP G spodbuja nastanek E2 transkripta. V pozni fazi okužbe je ključna aktivacija rezavnih mest za L1 in L2 gene, kar omogoča nastanek kapsidnih proteinov. Ta prehod je strogo reguliran, saj zgodnje izražanje kapsidnih proteinov lahko sproži imunski odziv gostitelja.

=Vloga hnRNP v translaciji=
hnRNP-ji imajo pomembno vlogo tudi pri translacijski regulaciji. Pri številnih RNA virusih spodbujajo translacijo preko IRES elementov, ki omogočajo vezavo ribosoma neodvisno od 5′ kape. Pri virusu hepatitisa C se hnRNP D veže na IRES v 5′ UTR regiji in omogoča učinkovito translacijo virusnih proteinov, medtem ko hnRNP Q pomaga pri pravilni poziciji ribosomske 40S podenote.

=Vloga hnRNP-jev pri preklopu translacija-replikacija=
(+) ss RNA virusi so virusi, katerim genski material predstavlja enoverižna RNA molekula. Ker je v tem primeru ta pozitivno usmerjena lahko hkrati služi kot mRNA in matrica za sintezo nove (-) ssRNA, preko katere lahko nato poteče replikacija. Virus mora zato prekljapljati med procesom translacije in replikacije. Po koncu translacije se mora (+) ssRNA molekula izogniti mRNA razgradnim mehanizmom, da ne izgubi matrice in lahko nadaljuje z procesom replikacije oz podvojevanjem dednega materiala. Pri regulaciji tega procesa sodeljujejo proteini hnRNP preko interakcij s cis-elementi virusne (+) ssRNA.
Pri poliovirusu (PV) kot »stikalo« igra hnRNP E2. Ta vsebuje tri RNA vezavne domene (KH), preko katerih se veže na strukturo steblo-zanka IV(»stem-loop«) notranjega vstopnega mesta za ribosom (IRES) in ga stabilizira ter tako olajša vezavo ribosoma-promovira translacijo. Po translaciji in sintezi virusnih proteinov pa lahko virusna proteaza 3C/3CD cepi povezovalno zaporedje med domenama KH2 in KH3, kar onemogoči vezavo na IRES in zavre translacijo.

=Vloga hnRNP-jev pri transportu vRNA=
Proteini hnRNP sodelujejo tudi pri transportu virusne RNA in lahko delujejo kot pozitivni ali negativni regulatorji. V primeru hnRNP A2/B1 pri virusu influence A (IAV) se ta s pomočjo nukleoproteina (NP) veže na mRNA za protein NS1 in 2 in tako prepreči njen izvoz iz jedra in posledično sintezo proteinov. NS1 in NS2 onemogočata celični obrambni odziv z interferonom, zato zaviranje le teh zavira razmnoževanje virusa.

Na koncu virusnega cikla pride do izstopa virusa iz celice, pri čemer prav tako sodelujejo hnRNP-ji. Pri virusu dengue (DENV) hnRNP K, NS1 in vimentin (del intermediarnih filamentov-citoskelet) tvorijo kompleks, ki virione transportirajo do plazemske membrane, da lahko izstopijo iz celice.

=Vloga hnRNP-jev pri izstopu virusa iz celice=
Enterovirus 71 (EV71) izraža proteazo 3C, ki reže hnRNP A1, kar onemogoča vezavo na IRES za apoptotski proteazni aktivacijski faktor 1 (apaf-1). Zaradi tega se na IRES lahko veže ribosom in začne se translacija apaf-1, ki aktivira kaspazo 3 in posledično apoptozo, kar omogoča razširitev virionov. Ravno nasprotno pa hnRNP K pri virusu goveje efemerne mrzlice (BEFV) zavira apoptozo z razgradnjo virusnega proteina α3 (le ta je aktivator apoptoze, saj poškoduje mitohondrijsko membrano in sprosti citokrom c). Vendar pa ima hnRNP K vseeno podporno vlogo za virus HSV-1, saj omogoča pridobitev sekundarne ovojnice v trans-Golgijevem omrežju in sprostitev virionov po eksocitozni poti iz celice.

=Vpliv nukleoplazemska kroženja hnRNP-jev na virusno replikacijo=
Virus relokalizira hnRNP-je in tako onemogoči opravljanje njihove funkcije in tako promovira lastno replikacijo. Ebola virus (EBOV) prepreči hnRNP C1/2 vstop v jedro. EBOV sintetizira protein VP24, ki se veže na karioferine (KPNA), ki so odgovorni za transport hnRNP C1/2 in transkripcijskega faktorja STAT1 skozi jedrne pore v jedro. Ker VP24 inhibira KPNA, transkripcijski faktor ne pride v jedro in celica ne more sprožiti obrambnega mehanizma.
Protein odprti bralni okvir 6 (ORF 6) virusa SARS-CoV-2 pa se veže na nukleoporine in fizično zapre jedrne pore. Tako onemogoči uvoz raznih transkripcijskih faktorjev in izvoza celičnih mRNA, ki nosijo zapis za obrambne proteine .
Virusi kot na primer ptičji reovirus (ARV) izrabljajo hnRNP A1 za transport svojih proteinov-p17 v in iz jedra. Protein p17 v jedru aktivira kaskado p53-p21 in upočasni celični cikel ter zavira mTOR in s tem sintezo celičnih proteinov.

=Zaključek=
Zaradi svoje pomembne vloge v različnih fazah virusnega življenjskega cikla so hnRNP-ji odlične tarče za protivirusne učinkovine, med drugim se je pokazal potencial za zdravilo proti raku na materničnem vratu, proti Sars-Cov-2 in HRV (human rhinovirus). Pomembno pa je opozoriti, da so primeri, ki so opisani zgoraj, le primeri, in jih ne moremo posplošiti na celotne kategorije virusov, kajti nekateri mehanizmi lahko potekajo tudi obratno.

=Viri=

Bhattarai K and Holcik M (2022) Diverse roles of heterogeneous nuclear ribonucleoproteins in viral life cycle. Front. Virol. 2:1044652. doi: 10.3389/fviro.2022.1044652

Brunner JE, Nguyen JHC, Roehl HH, Ho T, Swiderek KM, Semler BL. Functional interaction of heterogeneous nuclear ribonucleoprotein c with poliovirus RNA synthesis initiation complexes. J Virol (2005) 79:3254–66. doi: 10.1128/JVI.79.6.3254-3266.2005

J. Wang, D. Sun, M. Wang, A. Cheng, Y. Zhu, S. Mao, X. Ou, X. Zhao, J. Huang, Q. Gao idr.: Multiple functions of heterogeneous nuclear ribonucleoproteins in the positive single-stranded RNA virus life cycle. Front. Immunol. 2022, 13. DOI: 10.3389/fimmu.2022.989298

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

BIO2 Povzetki seminarjev 2025

2025-11-14T16:04:55Z

Klemen Matjašec: /* 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 || || ||
|-
| 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. ||