Wiki FKKT - User contributions [en]

Talk:H-NS kot regulator transkripcije in strukture bakterijskega kromatina

2026-05-03T13:03:50Z

LaraGobec:

Lara Gobec: Uvod, Vpliv H-NS na strukturo bakterijskega genoma: Organiziranost bakterijskega genoma, H-NS kot najpomembnejši NAP, Oligomerizacija in dimerizacija H-NS

Urša Presker: Molekularni mehanizmi regulacije transkripcije s H-NS, Funkcija in struktura operona proVWX, Vloga H-NS mostov pri regulaciji transkripcije, Vpliv IHF na organizacijo DNA in stabilnost H-NS mostov

Maša Kovač: Topološki vplivi na H-NS, H-NS kot strukturni represor bakterijskega kromatina, Transkripcija povzroča dodatno zvitje, Transkripcija vpliva na H-NS kompleks, Regulacijski primer: hilD v Salmonella enterica, Zaključek

H-NS kot regulator transkripcije in strukture bakterijskega kromatina

2026-05-03T13:01:29Z

LaraGobec:

=Uvod=
Bakterijski kromosom se obnaša kot pameten polimer, ki spreminja svojo tridimenzionalno obliko glede na njegovo okolje. Na 3D obliko najbolj vplivajo fizikalno-kemični dejavniki kot so osmolarnost, pH in temperature, kot tudi post-translacijske modifikacije. Arhitektura kromosoma omogoča natančno napovedovanje aktivnih genomskih procesov transkripcije in replikacije. Pomembno vlogo imajo nukleotidni proteini kot so H-NS in IHF. Povzele smo mehanizme regulacije in prehod med dvema oblikama H-NS: mostovi in filamenti, kar je prikazano na primeru operona proVWX. Obravnavale smo tudi vlogo IHF, ki stabilizira H-NS mostove in dodatno prispeva k organizaciji DNA. Osredotočile smo se tudi na topološke vplive, kjer transkripcija povzroča lokalno super-zvitje DNA. Pojasnile smo tudi kako torzijski stres vpliva na stabilnost H-NS kompleksov in omogoča aktivacijo genov, kar smo prikazale s primerom regulatorja hilD v bakteriji ''Salmonella enterica''.

=Vpliv H-NS na strukturo bakterijskega genoma=
==Organiziranost bakterijskega genoma==
Bakterijski genom se ne nahaja v prosti oblike, temveč je organiziran v različno velike regije. Največja regija imenovana CID oz. Chromosome interaction domain je velika med deset do nekaj sto kbp. Za te domene je značilna visoka frekvenca interakciji znotraj same domene in nizka frekvenca interakciji med zunanjimi domenami. CID regije omejujejo dolgi velikokrat prepisujoči geni, ki ustvarijo območja brez plectonemov. CID regije so zelo pomembne, saj delujejo kot regulacijske enote. Geni znotraj iste CID enote so pogosto podvrženi koordinirani regulaciji in imajo podobne profile izražanja. Kljub temu so CID regije dinamične strukture, ki se spreminjajo glede na celični cikel in metabolično stanje celice, kar omogoča hitro prilagajanje bakterije na okolijske spremembe.
Bakterijski genom je organiziran tudi v TID oz. transcription-induced domains, ki so dolge nekje do 25kbp. Te regije ločujejo dolge regije DNA z nizko stopnjo prepisovanja. Najmanjša izmed vseh domen pa so bundled domains, ki so dolge od 1-20kbp. Te regije imajo visoko stopnjo interakciji, ki so posledica super-zvitja zaradi prepisovanja.

==H-NS kot najpomembnejši NAP==
Za vzdrževanje komplekse arhitekture in regulacijo dostopa do DNA so pomembni nukleotidni proteini (NAPs). Med najpomembnejše sodi H-NS (angl. Histone-like nucleoid-structuring protein). Osnova interakcije DNA in H-NS je visoka afiniteta H-NS do regij, ki so bogate z adeninom in timinom (AT-bogate regije). Protein ne prepozna le posameznega zaporedja, temveč tudi širino malega žleba in intrinzično ukrivljenost dvojne vijačnice. S svojo vezavo utiša tuje gene in omogoča nadzor nad regulacijo v stresnih pogojih.

==Oligomerizacija in dimerizacija H-NS==
Molekularna struktrua H-NS je ključna za njegovo vsestranskost pri interakciji z DNA. Protein sestavljata dve domeni, povezani z prilagodljivim veznim členom. N-terminalna domena, ki je odgovorna za tvorbo dimerov in povezovanje v oligomere in C-terminalna domena, ki omogoča neposredno vezavo na DNA. Proces oligomerizacije omogoča H-NS, da se širi vzdolž molekule DNA in tvori nukleoproteinske filamente. Način interakcije je močno odvisen od okolijskih pogojev predvsem koncentracije dvovalentnih kationov in pH vrednosti. En način lahko imenujemo linarano utrjevanje, saj se dimer H-NS veže na eno verigo DNA, potem pa poteče oligoemrizacija, kar povzroči nastanek togi palici podobne strukture DNA. Drugi bolj kompleksnejši način premoščanje (bridging mode), pa oligomer H-NS poveže dve prostorsko ločeni verigi DNA, kar vodi v nastanek zank in lasnic.

=Molekularni mehanizmi regulacije transkripcije s H-NS=
Protein H-NS vpliva na lokalno strukturo bakterijskega kromatina in s tem na regulacijo transkripcije. Mehanizem njegovega delovanja je dobro ponazorjen na primeru operona ''proVWX'', kjer H-NS uravnava izražanje strukturnih genov v odzivu na spremembe v osmolarnosti.
==Funkcija in struktura operona ''proVWX''==
Operon ''proVWX'' (oz. ''proU''), prisoten v bakteriji ''E. coli'', se aktivira ob hiperosmotskem stresu. Njegovi strukturni geni namreč kodirajo podenote membranskega transportnega kompleksa ProU, ki omogoča vnos osmoprotektantov v celico in s tem znižanje osmotskega potenciala citoplazme.

Operon je sestavljen iz več elementov, ki si v genomu sledijo v naslednjem zaporedju: URE (angl. Upstream Regulatory Element), promotor P2, DRE (angl. Downstream Regulatory Element) ter nazadnje strukturni geni ''proV'', ''proW'' in ''proX''. Genu ''proX'' sledi tudi gen ''ygaY'', ki sicer ni del operona, vendar ima pomembno vlogo pri interakciji z DRE in organizaciji kromatina.

==Vloga H-NS mostov pri regulaciji transkripcije==
Struktura H-NS in s tem njegov vpliv na organizacijo DNA znotraj operona sta odvisna od osmolarnosti. Pri nizki osmolarnosti H-NS tvori dva funkcionalno različna mostova: URE:H-NS:DRE in DRE:H-NS:''ygaY'' (slika 8a: https://doi.org/10.1038/s41467-023-43322-y). Most URE:H-NS:DRE povzroča nastanek DNA zanke, znotraj katere se nahaja promotor P2. Takšna konformacija deluje represivno, saj preprečuje vezavo RNA-polimeraze na promotor in s tem onemogoča iniciacijo transkripcije. V primeru, da je RNA-polimeraza že vezana na promotor, se ujame znotraj zanke in ne more preiti v fazo elongacije. Most DRE:H-NS:''ygaY'' pa ne vpliva neposredno na iniciacijo, lahko pa predstavlja fizično oviro za RNA-polimerazo med elongacijo.

Ob povečani osmolarnosti pa pride do konformacijske spremembe H-NS, ki zmanjša njegovo sposobnost hkratne vezave dveh DNA regij. Posledično se most URE:H-NS:DRE razgradi, H-NS pa preide v obliko filamenta, vezano bodisi na DRE bodisi na URE. S tem se zanka sprosti, promotor postane dostopen, RNA-polimeraza pa lahko začne ali nadaljuje s transkripcijo (slika 8b: https://doi.org/10.1038/s41467-023-43322-y). Med elongacijo mora RNA-polimeraza preiti tudi regijo DRE. Če filamentna oblika H-NS ostane vezana na DRE, to encimu ne preprečuje napredovanja, saj med elongacijo ustvarja mehansko silo, ki omogoča njegovo napredovanje vzdolž DNA in odstranjevanje vezanega H-NS.

Nasprotno se most DRE:H-NS:''ygaY'' ob povišani osmolarnosti ne razgradi, temveč se le delno destabilizira. Takšna oslabljena struktura pa ne predstavlja več učinkovite ovire za RNA-polimerazo, zato ta med elongacijo nemoteno prehaja skozi to regijo. Regulacija operona ''proU'' tako temelji na usklajenem, vendar diferencialnem odzivu obeh mostov na spremembe v osmolarnosti.

==Vpliv IHF na organizacijo DNA in stabilnost H-NS mostov==
Razlike v odzivu posameznih H-NS mostov na osmolarnost so verjetno posledica delovanja drugih NAP proteinov, kot je IHF. IHF se veže na specifično mesto med regijama URE in DRE ter povzroča močno upogibanje DNA z interkalacijo enega ali dveh prolinskih ostankov med bazne pare.

Pri nizki osmolarnosti IHF interkalira oba prolinska ostanka, kar vodi v tvorbo popolnoma upognjene konformacije DNA (oblika črke U) (PDB: 1IHF). S tem se regiji URE in DRE prostorsko približata, kar stabilizira most URE:H-NS:DRE.

Ob visoki osmolarnosti pa IHF interkalira le en prolinski ostanek, kar vodi v sprostitev enega kraka DNA. DNA tako zavzame delno upognjeno konformacijo (oblika črke L), razdalja med URE in DRE pa se poveča, kar dodatno destabilizira most URE:H-NS:DRE.

Nasprotno pa IHF nima pomembnega vpliva na most DRE:H-NS:''ygaY'', saj konformacija DNA med tema dvema regijama ostaja nespremenjena.

=Topološki vplivi na H-NS=

==H-NS kot strukturni represor bakterijskega kromatina==

NAP protein H-NS deluje kot globalni transkripcijski represor v bakterijah. Na DNA vijačnico se veže in tvori tako linearne oligomerne filamente kot tudi, za represijo ključne mostove . H-NS neposredno zaznava in izkorišča lokalno DNA topologijo. Preferenčno stabilizira negativno dodatno zvito DNA, kjer lahko učinkovito oligomerizira in vzpostavi mostičke. Takšni mostovi povečajo rigidnost DNA, zmanjšajo dostopnost promotorjev in otežijo lokalno odpiranje dvojne vijačnice, kar vodi v transkripcijsko represijo genov.

==Transkripcija povzroča dodatno zvitje==

Med aktivno transkripcijo pa pride do lokalnih sprememb v DNA topologiji. RNA polimeraza se veže na DNA in zaradi translokacije ter omejene rotacije v makromolekularno zasičenem okolju pride do akumulacije torzijske napetosti, kar povzroči spremembe v dodatnem zvitju. Nastaneta dve »twin supercoiling« domeni: pred encimom (downstream) se kopiči pozitivno dodatno zvitje, za encimom (upstream) pa negativno dodatno zvitje.

==Transkripcija vpliva na H-NS kompleks==

Funkcija H-NS kot represorja je neposredno odvisna od stabilnosti njegovih mostov. Ko transkripcija poveča lokalno torzijsko napetost in spremeni porazdelitev dodatnega zvitja v regiji H-NS vezave, se spremeni geometrija DNA v teh območjih. To lahko oslabi kooperativno vezavo H-NS proteinov na DNA in destabilizira mostove ter s tem kompaktno, represivno organizacijo DNA. Transkripcija lahko torej s spremembami v dodatnem zvitju remodelira kromatin, kar destabilizira H-NS interakcije, omogoči povečano dostopnost promotorjev in prekine represijo genov. Poleg destabilizacije lahko pride tudi do delne disociacije H-NS z DNA.

==Regulacijski primer: hilD v Salmonella enterica==

Primer tega vidimo pri genu hilD v Salmonella enterica. hilD kodira osrednji transkripcijski regulator otoka patogenosti SPI-1, ki nadzoruje izražanje številnih genov, povezanih z virulenco. Pod normalnimi pogoji je gen hilD represiran z H-NS, ki tvori mostove in preprečuje vezavo RNA polimeraze. Ob povečani transkripcijski aktivnosti v regiji pa lokalne spremembe v DNA topologiji oziroma spremembe v dodatnem zvitju oslabijo stabilnost H-NS kompleksa. To omogoči dostop RNA polimerazi do promotorja in vodi do aktivacije hilD. Pomembno je, da je aktivacija gena hilD pogosto učinkovitejša, kadar je transkripcija sklopljena s translacijo. Translacijski aparat namreč poveča mehanske sile na nastajajočo RNA in transkripcijski kompleks, kar dodatno prispeva k akumulaciji torzijske napetosti. Večje kopičenje dodatnega zvitja vodi v bolj učinkovito destabilizacijo H-NS mostov in zmanjšanje represije gena.
Ta mehanizem kaže, da protein H-NS ni statičen represor, ampak deluje kot dinamičen strukturni regulator bakterijskega kromatina, katerega funkcija je neposredno modulirana z lokalno DNA topologijo, ki jo med drugim ustvarja transkripcija.

=Zaključek=

H-NS je pomemben nukleoidno-asociiran protein, ki v bakterijah deluje kot globalni represor transkripcije in ključen organizator bakterijskega kromatina. Na DNA se veže v obliki oligomerov, pri čemer tvori filamente in predvsem tvorbo mostov, ki kondenzirajo DNA ter zmanjšujejo dostopnost promotorjev za RNA polimerazo. Na ta način H-NS stabilizira represivno kromatinsko strukturo in prispeva k utišanju številnih genov. Njegovo delovanje je tesno povezano z DNA topologijo, zlasti s stopnjo dodatnega zvitja, ki vpliva na stabilnost in način vezave H-NS na kromatin. Spremembe v lokalni topologiji DNA lahko vplivajo na stabilnost tvorbe mostov in s tem na učinkovitost represije.

=Viri=
* F. M. Rashid, R. T. Dame: 2024: A “nucleoid space” odyssey featuring H‐NS. BioEssays 2024, 46, 2400098. DOI: 10.1002/bies.202400098
* F.-Z. M. Rashid, F. G. E. Crémazy, A. Hofmann, D. Forrest, D. C. Grainger, D. W. Heermann, R. T. Dame: The environmentally-regulated interplay between local three-dimensional chromatin organisation and transcription of proVWX in E. coli. Nat Commun 2023, 14, 7478. DOI: 10.1038/s41467-023-43322-y
*Dorman, C. J.: DNA supercoiling and transcription in bacteria:A two-way street. BMC Molecular and Cell Biology. 2019, 20, 1–9. DOI: 10.1186/s12860-019-0210-z
*Figueroa-Bossi, N., Fernández-Fernández, R., Kerboriou, P., Bouloc, P.,Casadesús, J., Sánchez-Romero, M. A., & Bossi, L.: Transcription-driven DNA supercoiling counteracts H-NS-mediated gene silencing inbacterial chromatin. Nature Communications. 2024, 15(1), 2787. DOI: 10.1038/s41467-024-47114-w
*Winardhi R, Yan J, Kenney L, H-NS Regulates Gene Expression and Compacts the Nucleoid: Insights from Single-Molecule Experiments, Biophysical Journal, 109, 1321-1329

H-NS kot regulator transkripcije in strukture bakterijskega kromatina

2026-05-03T12:57:29Z

LaraGobec:

=Uvod=
Bakterijski kromosom se obnaša kot pameten polimer, ki spreminja svojo tridimenzionalno obliko glede na njegovo okolje. Na 3D obliko najbolj vplivajo fizikalno-kemični dejavniki kot so osmolarnost, pH in temperature, kot tudi post-translacijske modifikacije. Arhitektura kromosoma omogoča natančno napovedovanje aktivnih genomskih procesov transkripcije in replikacije. Pomembno vlogo imajo nukleotidni proteini kot so H-NS in IHF. Povzele smo mehanizme regulacije in prehod med dvema oblikama H-NS: mostovi in filamenti, kar je prikazano na primeru operona proVWX. Obravnavale smo tudi vlogo IHF, ki stabilizira H-NS mostove in dodatno prispeva k organizaciji DNA. Osredotočile smo se tudi na topološke vplive, kjer transkripcija povzroča lokalno super-zvitje DNA. Pojasnile smo tudi kako torzijski stres vpliva na stabilnost H-NS kompleksov in omogoča aktivacijo genov, kar smo prikazale s primerom regulatorja hilD v bakteriji ''Salmonella enterica''.

=Organiziranost bakterijskega genoma=
Bakterijski genom se ne nahaja v prosti oblike, temveč je organiziran v različno velike regije. Največja regija imenovana CID oz. Chromosome interaction domain je velika med deset do nekaj sto kbp. Za te domene je značilna visoka frekvenca interakciji znotraj same domene in nizka frekvenca interakciji med zunanjimi domenami. CID regije omejujejo dolgi velikokrat prepisujoči geni, ki ustvarijo območja brez plectonemov. CID regije so zelo pomembne, saj delujejo kot regulacijske enote. Geni znotraj iste CID enote so pogosto podvrženi koordinirani regulaciji in imajo podobne profile izražanja. Kljub temu so CID regije dinamične strukture, ki se spreminjajo glede na celični cikel in metabolično stanje celice, kar omogoča hitro prilagajanje bakterije na okolijske spremembe.
Bakterijski genom je organiziran tudi v TID oz. transcription-induced domains, ki so dolge nekje do 25kbp. Te regije ločujejo dolge regije DNA z nizko stopnjo prepisovanja. Najmanjša izmed vseh domen pa so bundled domains, ki so dolge od 1-20kbp. Te regije imajo visoko stopnjo interakciji, ki so posledica super-zvitja zaradi prepisovanja.

=H-NS kot najpomembnejši NAP=
Za vzdrževanje komplekse arhitekture in regulacijo dostopa do DNA so pomembni nukleotidni proteini (NAPs). Med najpomembnejše sodi H-NS (angl. Histone-like nucleoid-structuring protein). Osnova interakcije DNA in H-NS je visoka afiniteta H-NS do regij, ki so bogate z adeninom in timinom (AT-bogate regije). Protein ne prepozna le posameznega zaporedja, temveč tudi širino malega žleba in intrinzično ukrivljenost dvojne vijačnice. S svojo vezavo utiša tuje gene in omogoča nadzor nad regulacijo v stresnih pogojih.

=Oligomerizacija in dimerizacija H-NS=
Molekularna struktrua H-NS je ključna za njegovo vsestranskost pri interakciji z DNA. Protein sestavljata dve domeni, povezani z prilagodljivim veznim členom. N-terminalna domena, ki je odgovorna za tvorbo dimerov in povezovanje v oligomere in C-terminalna domena, ki omogoča neposredno vezavo na DNA. Proces oligomerizacije omogoča H-NS, da se širi vzdolž molekule DNA in tvori nukleoproteinske filamente. Način interakcije je močno odvisen od okolijskih pogojev predvsem koncentracije dvovalentnih kationov in pH vrednosti. En način lahko imenujemo linarano utrjevanje, saj se dimer H-NS veže na eno verigo DNA, potem pa poteče oligoemrizacija, kar povzroči nastanek togi palici podobne strukture DNA. Drugi bolj kompleksnejši način premoščanje (bridging mode), pa oligomer H-NS poveže dve prostorsko ločeni verigi DNA, kar vodi v nastanek zank in lasnic.

=Molekularni mehanizmi regulacije transkripcije s H-NS=
Protein H-NS vpliva na lokalno strukturo bakterijskega kromatina in s tem na regulacijo transkripcije. Mehanizem njegovega delovanja je dobro ponazorjen na primeru operona ''proVWX'', kjer H-NS uravnava izražanje strukturnih genov v odzivu na spremembe v osmolarnosti.
==Funkcija in struktura operona ''proVWX''==
Operon ''proVWX'' (oz. ''proU''), prisoten v bakteriji ''E. coli'', se aktivira ob hiperosmotskem stresu. Njegovi strukturni geni namreč kodirajo podenote membranskega transportnega kompleksa ProU, ki omogoča vnos osmoprotektantov v celico in s tem znižanje osmotskega potenciala citoplazme.

Operon je sestavljen iz več elementov, ki si v genomu sledijo v naslednjem zaporedju: URE (angl. Upstream Regulatory Element), promotor P2, DRE (angl. Downstream Regulatory Element) ter nazadnje strukturni geni ''proV'', ''proW'' in ''proX''. Genu ''proX'' sledi tudi gen ''ygaY'', ki sicer ni del operona, vendar ima pomembno vlogo pri interakciji z DRE in organizaciji kromatina.

==Vloga H-NS mostov pri regulaciji transkripcije==
Struktura H-NS in s tem njegov vpliv na organizacijo DNA znotraj operona sta odvisna od osmolarnosti. Pri nizki osmolarnosti H-NS tvori dva funkcionalno različna mostova: URE:H-NS:DRE in DRE:H-NS:''ygaY'' (slika 8a: https://doi.org/10.1038/s41467-023-43322-y). Most URE:H-NS:DRE povzroča nastanek DNA zanke, znotraj katere se nahaja promotor P2. Takšna konformacija deluje represivno, saj preprečuje vezavo RNA-polimeraze na promotor in s tem onemogoča iniciacijo transkripcije. V primeru, da je RNA-polimeraza že vezana na promotor, se ujame znotraj zanke in ne more preiti v fazo elongacije. Most DRE:H-NS:''ygaY'' pa ne vpliva neposredno na iniciacijo, lahko pa predstavlja fizično oviro za RNA-polimerazo med elongacijo.

Ob povečani osmolarnosti pa pride do konformacijske spremembe H-NS, ki zmanjša njegovo sposobnost hkratne vezave dveh DNA regij. Posledično se most URE:H-NS:DRE razgradi, H-NS pa preide v obliko filamenta, vezano bodisi na DRE bodisi na URE. S tem se zanka sprosti, promotor postane dostopen, RNA-polimeraza pa lahko začne ali nadaljuje s transkripcijo (slika 8b: https://doi.org/10.1038/s41467-023-43322-y). Med elongacijo mora RNA-polimeraza preiti tudi regijo DRE. Če filamentna oblika H-NS ostane vezana na DRE, to encimu ne preprečuje napredovanja, saj med elongacijo ustvarja mehansko silo, ki omogoča njegovo napredovanje vzdolž DNA in odstranjevanje vezanega H-NS.

Nasprotno se most DRE:H-NS:''ygaY'' ob povišani osmolarnosti ne razgradi, temveč se le delno destabilizira. Takšna oslabljena struktura pa ne predstavlja več učinkovite ovire za RNA-polimerazo, zato ta med elongacijo nemoteno prehaja skozi to regijo. Regulacija operona ''proU'' tako temelji na usklajenem, vendar diferencialnem odzivu obeh mostov na spremembe v osmolarnosti.

==Vpliv IHF na organizacijo DNA in stabilnost H-NS mostov==
Razlike v odzivu posameznih H-NS mostov na osmolarnost so verjetno posledica delovanja drugih NAP proteinov, kot je IHF. IHF se veže na specifično mesto med regijama URE in DRE ter povzroča močno upogibanje DNA z interkalacijo enega ali dveh prolinskih ostankov med bazne pare.

Pri nizki osmolarnosti IHF interkalira oba prolinska ostanka, kar vodi v tvorbo popolnoma upognjene konformacije DNA (oblika črke U) (PDB: 1IHF). S tem se regiji URE in DRE prostorsko približata, kar stabilizira most URE:H-NS:DRE.

Ob visoki osmolarnosti pa IHF interkalira le en prolinski ostanek, kar vodi v sprostitev enega kraka DNA. DNA tako zavzame delno upognjeno konformacijo (oblika črke L), razdalja med URE in DRE pa se poveča, kar dodatno destabilizira most URE:H-NS:DRE.

Nasprotno pa IHF nima pomembnega vpliva na most DRE:H-NS:''ygaY'', saj konformacija DNA med tema dvema regijama ostaja nespremenjena.

=Topološki vplivi na H-NS=

==H-NS kot strukturni represor bakterijskega kromatina==

NAP protein H-NS deluje kot globalni transkripcijski represor v bakterijah. Na DNA vijačnico se veže in tvori tako linearne oligomerne filamente kot tudi, za represijo ključne mostove . H-NS neposredno zaznava in izkorišča lokalno DNA topologijo. Preferenčno stabilizira negativno dodatno zvito DNA, kjer lahko učinkovito oligomerizira in vzpostavi mostičke. Takšni mostovi povečajo rigidnost DNA, zmanjšajo dostopnost promotorjev in otežijo lokalno odpiranje dvojne vijačnice, kar vodi v transkripcijsko represijo genov.

==Transkripcija povzroča dodatno zvitje==

Med aktivno transkripcijo pa pride do lokalnih sprememb v DNA topologiji. RNA polimeraza se veže na DNA in zaradi translokacije ter omejene rotacije v makromolekularno zasičenem okolju pride do akumulacije torzijske napetosti, kar povzroči spremembe v dodatnem zvitju. Nastaneta dve »twin supercoiling« domeni: pred encimom (downstream) se kopiči pozitivno dodatno zvitje, za encimom (upstream) pa negativno dodatno zvitje.

==Transkripcija vpliva na H-NS kompleks==

Funkcija H-NS kot represorja je neposredno odvisna od stabilnosti njegovih mostov. Ko transkripcija poveča lokalno torzijsko napetost in spremeni porazdelitev dodatnega zvitja v regiji H-NS vezave, se spremeni geometrija DNA v teh območjih. To lahko oslabi kooperativno vezavo H-NS proteinov na DNA in destabilizira mostove ter s tem kompaktno, represivno organizacijo DNA. Transkripcija lahko torej s spremembami v dodatnem zvitju remodelira kromatin, kar destabilizira H-NS interakcije, omogoči povečano dostopnost promotorjev in prekine represijo genov. Poleg destabilizacije lahko pride tudi do delne disociacije H-NS z DNA.

==Regulacijski primer: hilD v Salmonella enterica==

Primer tega vidimo pri genu hilD v Salmonella enterica. hilD kodira osrednji transkripcijski regulator otoka patogenosti SPI-1, ki nadzoruje izražanje številnih genov, povezanih z virulenco. Pod normalnimi pogoji je gen hilD represiran z H-NS, ki tvori mostove in preprečuje vezavo RNA polimeraze. Ob povečani transkripcijski aktivnosti v regiji pa lokalne spremembe v DNA topologiji oziroma spremembe v dodatnem zvitju oslabijo stabilnost H-NS kompleksa. To omogoči dostop RNA polimerazi do promotorja in vodi do aktivacije hilD. Pomembno je, da je aktivacija gena hilD pogosto učinkovitejša, kadar je transkripcija sklopljena s translacijo. Translacijski aparat namreč poveča mehanske sile na nastajajočo RNA in transkripcijski kompleks, kar dodatno prispeva k akumulaciji torzijske napetosti. Večje kopičenje dodatnega zvitja vodi v bolj učinkovito destabilizacijo H-NS mostov in zmanjšanje represije gena.
Ta mehanizem kaže, da protein H-NS ni statičen represor, ampak deluje kot dinamičen strukturni regulator bakterijskega kromatina, katerega funkcija je neposredno modulirana z lokalno DNA topologijo, ki jo med drugim ustvarja transkripcija.

=Zaključek=

H-NS je pomemben nukleoidno-asociiran protein, ki v bakterijah deluje kot globalni represor transkripcije in ključen organizator bakterijskega kromatina. Na DNA se veže v obliki oligomerov, pri čemer tvori filamente in predvsem tvorbo mostov, ki kondenzirajo DNA ter zmanjšujejo dostopnost promotorjev za RNA polimerazo. Na ta način H-NS stabilizira represivno kromatinsko strukturo in prispeva k utišanju številnih genov. Njegovo delovanje je tesno povezano z DNA topologijo, zlasti s stopnjo dodatnega zvitja, ki vpliva na stabilnost in način vezave H-NS na kromatin. Spremembe v lokalni topologiji DNA lahko vplivajo na stabilnost tvorbe mostov in s tem na učinkovitost represije.

=Viri=
* F. M. Rashid, R. T. Dame: 2024: A “nucleoid space” odyssey featuring H‐NS. BioEssays 2024, 46, 2400098. DOI: 10.1002/bies.202400098
* F.-Z. M. Rashid, F. G. E. Crémazy, A. Hofmann, D. Forrest, D. C. Grainger, D. W. Heermann, R. T. Dame: The environmentally-regulated interplay between local three-dimensional chromatin organisation and transcription of proVWX in E. coli. Nat Commun 2023, 14, 7478. DOI: 10.1038/s41467-023-43322-y
*Dorman, C. J.: DNA supercoiling and transcription in bacteria:A two-way street. BMC Molecular and Cell Biology. 2019, 20, 1–9. DOI: 10.1186/s12860-019-0210-z
*Figueroa-Bossi, N., Fernández-Fernández, R., Kerboriou, P., Bouloc, P.,Casadesús, J., Sánchez-Romero, M. A., & Bossi, L.: Transcription-driven DNA supercoiling counteracts H-NS-mediated gene silencing inbacterial chromatin. Nature Communications. 2024, 15(1), 2787. DOI: 10.1038/s41467-024-47114-w
*Winardhi R, Yan J, Kenney L
H-NS Regulates Gene Expression and Compacts the Nucleoid: Insights from Single-Molecule Experiments
Biophysical Journal, 109, 1321-1329

H-NS kot regulator transkripcije in strukture bakterijskega kromatina

2026-05-03T12:56:48Z

LaraGobec:

=Uvod=
Bakterijski kromosom se obnaša kot pameten polimer, ki spreminja svojo tridimenzionalno obliko glede na njegovo okolje. Na 3D obliko najbolj vplivajo fizikalno-kemični dejavniki kot so osmolarnost, pH in temperature, kot tudi post-translacijske modifikacije. Arhitektura kromosoma omogoča natančno napovedovanje aktivnih genomskih procesov transkripcije in replikacije. Pomembno vlogo imajo nukleotidni proteini kot so H-NS in IHF. Povzele smo mehanizme regulacije in prehod med dvema oblikama H-NS: mostovi in filamenti, kar je prikazano na primeru operona proVWX. Obravnavale smo tudi vlogo IHF, ki stabilizira H-NS mostove in dodatno prispeva k organizaciji DNA. Osredotočile smo se tudi na topološke vplive, kjer transkripcija povzroča lokalno super-zvitje DNA. Pojasnile smo tudi kako torzijski stres vpliva na stabilnost H-NS kompleksov in omogoča aktivacijo genov, kar smo prikazale s primerom regulatorja hilD v bakteriji ""Salmonella enterica"".

=Organiziranost bakterijskega genoma=
Bakterijski genom se ne nahaja v prosti oblike, temveč je organiziran v različno velike regije. Največja regija imenovana CID oz. Chromosome interaction domain je velika med deset do nekaj sto kbp. Za te domene je značilna visoka frekvenca interakciji znotraj same domene in nizka frekvenca interakciji med zunanjimi domenami. CID regije omejujejo dolgi velikokrat prepisujoči geni, ki ustvarijo območja brez plectonemov. CID regije so zelo pomembne, saj delujejo kot regulacijske enote. Geni znotraj iste CID enote so pogosto podvrženi koordinirani regulaciji in imajo podobne profile izražanja. Kljub temu so CID regije dinamične strukture, ki se spreminjajo glede na celični cikel in metabolično stanje celice, kar omogoča hitro prilagajanje bakterije na okolijske spremembe.
Bakterijski genom je organiziran tudi v TID oz. transcription-induced domains, ki so dolge nekje do 25kbp. Te regije ločujejo dolge regije DNA z nizko stopnjo prepisovanja. Najmanjša izmed vseh domen pa so bundled domains, ki so dolge od 1-20kbp. Te regije imajo visoko stopnjo interakciji, ki so posledica super-zvitja zaradi prepisovanja.

=H-NS kot najpomembnejši NAP=
Za vzdrževanje komplekse arhitekture in regulacijo dostopa do DNA so pomembni nukleotidni proteini (NAPs). Med najpomembnejše sodi H-NS (angl. Histone-like nucleoid-structuring protein). Osnova interakcije DNA in H-NS je visoka afiniteta H-NS do regij, ki so bogate z adeninom in timinom (AT-bogate regije). Protein ne prepozna le posameznega zaporedja, temveč tudi širino malega žleba in intrinzično ukrivljenost dvojne vijačnice. S svojo vezavo utiša tuje gene in omogoča nadzor nad regulacijo v stresnih pogojih.

=Oligomerizacija in dimerizacija H-NS=
Molekularna struktrua H-NS je ključna za njegovo vsestranskost pri interakciji z DNA. Protein sestavljata dve domeni, povezani z prilagodljivim veznim členom. N-terminalna domena, ki je odgovorna za tvorbo dimerov in povezovanje v oligomere in C-terminalna domena, ki omogoča neposredno vezavo na DNA. Proces oligomerizacije omogoča H-NS, da se širi vzdolž molekule DNA in tvori nukleoproteinske filamente. Način interakcije je močno odvisen od okolijskih pogojev predvsem koncentracije dvovalentnih kationov in pH vrednosti. En način lahko imenujemo linarano utrjevanje, saj se dimer H-NS veže na eno verigo DNA, potem pa poteče oligoemrizacija, kar povzroči nastanek togi palici podobne strukture DNA. Drugi bolj kompleksnejši način premoščanje (bridging mode), pa oligomer H-NS poveže dve prostorsko ločeni verigi DNA, kar vodi v nastanek zank in lasnic.

=Molekularni mehanizmi regulacije transkripcije s H-NS=
Protein H-NS vpliva na lokalno strukturo bakterijskega kromatina in s tem na regulacijo transkripcije. Mehanizem njegovega delovanja je dobro ponazorjen na primeru operona ''proVWX'', kjer H-NS uravnava izražanje strukturnih genov v odzivu na spremembe v osmolarnosti.
==Funkcija in struktura operona ''proVWX''==
Operon ''proVWX'' (oz. ''proU''), prisoten v bakteriji ''E. coli'', se aktivira ob hiperosmotskem stresu. Njegovi strukturni geni namreč kodirajo podenote membranskega transportnega kompleksa ProU, ki omogoča vnos osmoprotektantov v celico in s tem znižanje osmotskega potenciala citoplazme.

Operon je sestavljen iz več elementov, ki si v genomu sledijo v naslednjem zaporedju: URE (angl. Upstream Regulatory Element), promotor P2, DRE (angl. Downstream Regulatory Element) ter nazadnje strukturni geni ''proV'', ''proW'' in ''proX''. Genu ''proX'' sledi tudi gen ''ygaY'', ki sicer ni del operona, vendar ima pomembno vlogo pri interakciji z DRE in organizaciji kromatina.

==Vloga H-NS mostov pri regulaciji transkripcije==
Struktura H-NS in s tem njegov vpliv na organizacijo DNA znotraj operona sta odvisna od osmolarnosti. Pri nizki osmolarnosti H-NS tvori dva funkcionalno različna mostova: URE:H-NS:DRE in DRE:H-NS:''ygaY'' (slika 8a: https://doi.org/10.1038/s41467-023-43322-y). Most URE:H-NS:DRE povzroča nastanek DNA zanke, znotraj katere se nahaja promotor P2. Takšna konformacija deluje represivno, saj preprečuje vezavo RNA-polimeraze na promotor in s tem onemogoča iniciacijo transkripcije. V primeru, da je RNA-polimeraza že vezana na promotor, se ujame znotraj zanke in ne more preiti v fazo elongacije. Most DRE:H-NS:''ygaY'' pa ne vpliva neposredno na iniciacijo, lahko pa predstavlja fizično oviro za RNA-polimerazo med elongacijo.

Ob povečani osmolarnosti pa pride do konformacijske spremembe H-NS, ki zmanjša njegovo sposobnost hkratne vezave dveh DNA regij. Posledično se most URE:H-NS:DRE razgradi, H-NS pa preide v obliko filamenta, vezano bodisi na DRE bodisi na URE. S tem se zanka sprosti, promotor postane dostopen, RNA-polimeraza pa lahko začne ali nadaljuje s transkripcijo (slika 8b: https://doi.org/10.1038/s41467-023-43322-y). Med elongacijo mora RNA-polimeraza preiti tudi regijo DRE. Če filamentna oblika H-NS ostane vezana na DRE, to encimu ne preprečuje napredovanja, saj med elongacijo ustvarja mehansko silo, ki omogoča njegovo napredovanje vzdolž DNA in odstranjevanje vezanega H-NS.

Nasprotno se most DRE:H-NS:''ygaY'' ob povišani osmolarnosti ne razgradi, temveč se le delno destabilizira. Takšna oslabljena struktura pa ne predstavlja več učinkovite ovire za RNA-polimerazo, zato ta med elongacijo nemoteno prehaja skozi to regijo. Regulacija operona ''proU'' tako temelji na usklajenem, vendar diferencialnem odzivu obeh mostov na spremembe v osmolarnosti.

==Vpliv IHF na organizacijo DNA in stabilnost H-NS mostov==
Razlike v odzivu posameznih H-NS mostov na osmolarnost so verjetno posledica delovanja drugih NAP proteinov, kot je IHF. IHF se veže na specifično mesto med regijama URE in DRE ter povzroča močno upogibanje DNA z interkalacijo enega ali dveh prolinskih ostankov med bazne pare.

Pri nizki osmolarnosti IHF interkalira oba prolinska ostanka, kar vodi v tvorbo popolnoma upognjene konformacije DNA (oblika črke U) (PDB: 1IHF). S tem se regiji URE in DRE prostorsko približata, kar stabilizira most URE:H-NS:DRE.

Ob visoki osmolarnosti pa IHF interkalira le en prolinski ostanek, kar vodi v sprostitev enega kraka DNA. DNA tako zavzame delno upognjeno konformacijo (oblika črke L), razdalja med URE in DRE pa se poveča, kar dodatno destabilizira most URE:H-NS:DRE.

Nasprotno pa IHF nima pomembnega vpliva na most DRE:H-NS:''ygaY'', saj konformacija DNA med tema dvema regijama ostaja nespremenjena.

=Topološki vplivi na H-NS=

==H-NS kot strukturni represor bakterijskega kromatina==

NAP protein H-NS deluje kot globalni transkripcijski represor v bakterijah. Na DNA vijačnico se veže in tvori tako linearne oligomerne filamente kot tudi, za represijo ključne mostove . H-NS neposredno zaznava in izkorišča lokalno DNA topologijo. Preferenčno stabilizira negativno dodatno zvito DNA, kjer lahko učinkovito oligomerizira in vzpostavi mostičke. Takšni mostovi povečajo rigidnost DNA, zmanjšajo dostopnost promotorjev in otežijo lokalno odpiranje dvojne vijačnice, kar vodi v transkripcijsko represijo genov.

==Transkripcija povzroča dodatno zvitje==

Med aktivno transkripcijo pa pride do lokalnih sprememb v DNA topologiji. RNA polimeraza se veže na DNA in zaradi translokacije ter omejene rotacije v makromolekularno zasičenem okolju pride do akumulacije torzijske napetosti, kar povzroči spremembe v dodatnem zvitju. Nastaneta dve »twin supercoiling« domeni: pred encimom (downstream) se kopiči pozitivno dodatno zvitje, za encimom (upstream) pa negativno dodatno zvitje.

==Transkripcija vpliva na H-NS kompleks==

Funkcija H-NS kot represorja je neposredno odvisna od stabilnosti njegovih mostov. Ko transkripcija poveča lokalno torzijsko napetost in spremeni porazdelitev dodatnega zvitja v regiji H-NS vezave, se spremeni geometrija DNA v teh območjih. To lahko oslabi kooperativno vezavo H-NS proteinov na DNA in destabilizira mostove ter s tem kompaktno, represivno organizacijo DNA. Transkripcija lahko torej s spremembami v dodatnem zvitju remodelira kromatin, kar destabilizira H-NS interakcije, omogoči povečano dostopnost promotorjev in prekine represijo genov. Poleg destabilizacije lahko pride tudi do delne disociacije H-NS z DNA.

==Regulacijski primer: hilD v Salmonella enterica==

Primer tega vidimo pri genu hilD v Salmonella enterica. hilD kodira osrednji transkripcijski regulator otoka patogenosti SPI-1, ki nadzoruje izražanje številnih genov, povezanih z virulenco. Pod normalnimi pogoji je gen hilD represiran z H-NS, ki tvori mostove in preprečuje vezavo RNA polimeraze. Ob povečani transkripcijski aktivnosti v regiji pa lokalne spremembe v DNA topologiji oziroma spremembe v dodatnem zvitju oslabijo stabilnost H-NS kompleksa. To omogoči dostop RNA polimerazi do promotorja in vodi do aktivacije hilD. Pomembno je, da je aktivacija gena hilD pogosto učinkovitejša, kadar je transkripcija sklopljena s translacijo. Translacijski aparat namreč poveča mehanske sile na nastajajočo RNA in transkripcijski kompleks, kar dodatno prispeva k akumulaciji torzijske napetosti. Večje kopičenje dodatnega zvitja vodi v bolj učinkovito destabilizacijo H-NS mostov in zmanjšanje represije gena.
Ta mehanizem kaže, da protein H-NS ni statičen represor, ampak deluje kot dinamičen strukturni regulator bakterijskega kromatina, katerega funkcija je neposredno modulirana z lokalno DNA topologijo, ki jo med drugim ustvarja transkripcija.

=Zaključek=

H-NS je pomemben nukleoidno-asociiran protein, ki v bakterijah deluje kot globalni represor transkripcije in ključen organizator bakterijskega kromatina. Na DNA se veže v obliki oligomerov, pri čemer tvori filamente in predvsem tvorbo mostov, ki kondenzirajo DNA ter zmanjšujejo dostopnost promotorjev za RNA polimerazo. Na ta način H-NS stabilizira represivno kromatinsko strukturo in prispeva k utišanju številnih genov. Njegovo delovanje je tesno povezano z DNA topologijo, zlasti s stopnjo dodatnega zvitja, ki vpliva na stabilnost in način vezave H-NS na kromatin. Spremembe v lokalni topologiji DNA lahko vplivajo na stabilnost tvorbe mostov in s tem na učinkovitost represije.

=Viri=
* F. M. Rashid, R. T. Dame: 2024: A “nucleoid space” odyssey featuring H‐NS. BioEssays 2024, 46, 2400098. DOI: 10.1002/bies.202400098
* F.-Z. M. Rashid, F. G. E. Crémazy, A. Hofmann, D. Forrest, D. C. Grainger, D. W. Heermann, R. T. Dame: The environmentally-regulated interplay between local three-dimensional chromatin organisation and transcription of proVWX in E. coli. Nat Commun 2023, 14, 7478. DOI: 10.1038/s41467-023-43322-y
*Dorman, C. J.: DNA supercoiling and transcription in bacteria:A two-way street. BMC Molecular and Cell Biology. 2019, 20, 1–9. DOI: 10.1186/s12860-019-0210-z
*Figueroa-Bossi, N., Fernández-Fernández, R., Kerboriou, P., Bouloc, P.,Casadesús, J., Sánchez-Romero, M. A., & Bossi, L.: Transcription-driven DNA supercoiling counteracts H-NS-mediated gene silencing inbacterial chromatin. Nature Communications. 2024, 15(1), 2787. DOI: 10.1038/s41467-024-47114-w
*Winardhi R, Yan J, Kenney L
H-NS Regulates Gene Expression and Compacts the Nucleoid: Insights from Single-Molecule Experiments
Biophysical Journal, 109, 1321-1329

H-NS kot regulator transkripcije in strukture bakterijskega kromatina

2026-05-03T12:55:11Z

LaraGobec:

=Uvod=
Bakterijski kromosom se obnaša kot pameten polimer, ki spreminja svojo tridimenzionalno obliko glede na njegovo okolje. Na 3D obliko najbolj vplivajo fizikalno-kemični dejavniki kot so osmolarnost, pH in temperature, kot tudi post-translacijske modifikacije. Arhitektura kromosoma omogoča natančno napovedovanje aktivnih genomskih procesov transkripcije in replikacije. Pomembno vlogo imajo nukleotidni proteini kot so H-NS in IHF. Povzele smo mehanizme regulacije in prehod med dvema oblikama H-NS: mostovi in filamenti, kar je prikazano na primeru operona proVWX. Obravnavale smo tudi vlogo IHF, ki stabilizira H-NS mostove in dodatno prispeva k organizaciji DNA. Osredotočile smo se tudi na topološke vplive, kjer transkripcija povzroča lokalno super-zvitje DNA. Pojasnile smo tudi kako torzijski stres vpliva na stabilnost H-NS kompleksov in omogoča aktivacijo genov, kar smo prikazale s primerom regulatorja hilD v bakteriji Salmonella enterica.

=Organiziranost bakterijskega genoma=
Bakterijski genom se ne nahaja v prosti oblike, temveč je organiziran v različno velike regije. Največja regija imenovana CID oz. Chromosome interaction domain je velika med deset do nekaj sto kbp. Za te domene je značilna visoka frekvenca interakciji znotraj same domene in nizka frekvenca interakciji med zunanjimi domenami. CID regije omejujejo dolgi velikokrat prepisujoči geni, ki ustvarijo območja brez plectonemov. CID regije so zelo pomembne, saj delujejo kot regulacijske enote. Geni znotraj iste CID enote so pogosto podvrženi koordinirani regulaciji in imajo podobne profile izražanja. Kljub temu so CID regije dinamične strukture, ki se spreminjajo glede na celični cikel in metabolično stanje celice, kar omogoča hitro prilagajanje bakterije na okolijske spremembe.
Bakterijski genom je organiziran tudi v TID oz. transcription-induced domains, ki so dolge nekje do 25kbp. Te regije ločujejo dolge regije DNA z nizko stopnjo prepisovanja. Najmanjša izmed vseh domen pa so bundled domains, ki so dolge od 1-20kbp. Te regije imajo visoko stopnjo interakciji, ki so posledica super-zvitja zaradi prepisovanja.

=H-NS kot najpomembnejši NAP=
Za vzdrževanje komplekse arhitekture in regulacijo dostopa do DNA so pomembni nukleotidni proteini (NAPs). Med najpomembnejše sodi H-NS (angl. Histone-like nucleoid-structuring protein). Osnova interakcije DNA in H-NS je visoka afiniteta H-NS do regij, ki so bogate z adeninom in timinom (AT-bogate regije). Protein ne prepozna le posameznega zaporedja, temveč tudi širino malega žleba in intrinzično ukrivljenost dvojne vijačnice. S svojo vezavo utiša tuje gene in omogoča nadzor nad regulacijo v stresnih pogojih.

=Oligomerizacija in dimerizacija H-NS=
Molekularna struktrua H-NS je ključna za njegovo vsestranskost pri interakciji z DNA. Protein sestavljata dve domeni, povezani z prilagodljivim veznim členom. N-terminalna domena, ki je odgovorna za tvorbo dimerov in povezovanje v oligomere in C-terminalna domena, ki omogoča neposredno vezavo na DNA. Proces oligomerizacije omogoča H-NS, da se širi vzdolž molekule DNA in tvori nukleoproteinske filamente. Način interakcije je močno odvisen od okolijskih pogojev predvsem koncentracije dvovalentnih kationov in pH vrednosti. En način lahko imenujemo linarano utrjevanje, saj se dimer H-NS veže na eno verigo DNA, potem pa poteče oligoemrizacija, kar povzroči nastanek togi palici podobne strukture DNA. Drugi bolj kompleksnejši način premoščanje (bridging mode), pa oligomer H-NS poveže dve prostorsko ločeni verigi DNA, kar vodi v nastanek zank in lasnic.

=Molekularni mehanizmi regulacije transkripcije s H-NS=
Protein H-NS vpliva na lokalno strukturo bakterijskega kromatina in s tem na regulacijo transkripcije. Mehanizem njegovega delovanja je dobro ponazorjen na primeru operona ''proVWX'', kjer H-NS uravnava izražanje strukturnih genov v odzivu na spremembe v osmolarnosti.
==Funkcija in struktura operona ''proVWX''==
Operon ''proVWX'' (oz. ''proU''), prisoten v bakteriji ''E. coli'', se aktivira ob hiperosmotskem stresu. Njegovi strukturni geni namreč kodirajo podenote membranskega transportnega kompleksa ProU, ki omogoča vnos osmoprotektantov v celico in s tem znižanje osmotskega potenciala citoplazme.

Operon je sestavljen iz več elementov, ki si v genomu sledijo v naslednjem zaporedju: URE (angl. Upstream Regulatory Element), promotor P2, DRE (angl. Downstream Regulatory Element) ter nazadnje strukturni geni ''proV'', ''proW'' in ''proX''. Genu ''proX'' sledi tudi gen ''ygaY'', ki sicer ni del operona, vendar ima pomembno vlogo pri interakciji z DRE in organizaciji kromatina.

==Vloga H-NS mostov pri regulaciji transkripcije==
Struktura H-NS in s tem njegov vpliv na organizacijo DNA znotraj operona sta odvisna od osmolarnosti. Pri nizki osmolarnosti H-NS tvori dva funkcionalno različna mostova: URE:H-NS:DRE in DRE:H-NS:''ygaY'' (slika 8a: https://doi.org/10.1038/s41467-023-43322-y). Most URE:H-NS:DRE povzroča nastanek DNA zanke, znotraj katere se nahaja promotor P2. Takšna konformacija deluje represivno, saj preprečuje vezavo RNA-polimeraze na promotor in s tem onemogoča iniciacijo transkripcije. V primeru, da je RNA-polimeraza že vezana na promotor, se ujame znotraj zanke in ne more preiti v fazo elongacije. Most DRE:H-NS:''ygaY'' pa ne vpliva neposredno na iniciacijo, lahko pa predstavlja fizično oviro za RNA-polimerazo med elongacijo.

Ob povečani osmolarnosti pa pride do konformacijske spremembe H-NS, ki zmanjša njegovo sposobnost hkratne vezave dveh DNA regij. Posledično se most URE:H-NS:DRE razgradi, H-NS pa preide v obliko filamenta, vezano bodisi na DRE bodisi na URE. S tem se zanka sprosti, promotor postane dostopen, RNA-polimeraza pa lahko začne ali nadaljuje s transkripcijo (slika 8b: https://doi.org/10.1038/s41467-023-43322-y). Med elongacijo mora RNA-polimeraza preiti tudi regijo DRE. Če filamentna oblika H-NS ostane vezana na DRE, to encimu ne preprečuje napredovanja, saj med elongacijo ustvarja mehansko silo, ki omogoča njegovo napredovanje vzdolž DNA in odstranjevanje vezanega H-NS.

Nasprotno se most DRE:H-NS:''ygaY'' ob povišani osmolarnosti ne razgradi, temveč se le delno destabilizira. Takšna oslabljena struktura pa ne predstavlja več učinkovite ovire za RNA-polimerazo, zato ta med elongacijo nemoteno prehaja skozi to regijo. Regulacija operona ''proU'' tako temelji na usklajenem, vendar diferencialnem odzivu obeh mostov na spremembe v osmolarnosti.

==Vpliv IHF na organizacijo DNA in stabilnost H-NS mostov==
Razlike v odzivu posameznih H-NS mostov na osmolarnost so verjetno posledica delovanja drugih NAP proteinov, kot je IHF. IHF se veže na specifično mesto med regijama URE in DRE ter povzroča močno upogibanje DNA z interkalacijo enega ali dveh prolinskih ostankov med bazne pare.

Pri nizki osmolarnosti IHF interkalira oba prolinska ostanka, kar vodi v tvorbo popolnoma upognjene konformacije DNA (oblika črke U) (PDB: 1IHF). S tem se regiji URE in DRE prostorsko približata, kar stabilizira most URE:H-NS:DRE.

Ob visoki osmolarnosti pa IHF interkalira le en prolinski ostanek, kar vodi v sprostitev enega kraka DNA. DNA tako zavzame delno upognjeno konformacijo (oblika črke L), razdalja med URE in DRE pa se poveča, kar dodatno destabilizira most URE:H-NS:DRE.

Nasprotno pa IHF nima pomembnega vpliva na most DRE:H-NS:''ygaY'', saj konformacija DNA med tema dvema regijama ostaja nespremenjena.

=Topološki vplivi na H-NS=

==H-NS kot strukturni represor bakterijskega kromatina==

NAP protein H-NS deluje kot globalni transkripcijski represor v bakterijah. Na DNA vijačnico se veže in tvori tako linearne oligomerne filamente kot tudi, za represijo ključne mostove . H-NS neposredno zaznava in izkorišča lokalno DNA topologijo. Preferenčno stabilizira negativno dodatno zvito DNA, kjer lahko učinkovito oligomerizira in vzpostavi mostičke. Takšni mostovi povečajo rigidnost DNA, zmanjšajo dostopnost promotorjev in otežijo lokalno odpiranje dvojne vijačnice, kar vodi v transkripcijsko represijo genov.

==Transkripcija povzroča dodatno zvitje==

Med aktivno transkripcijo pa pride do lokalnih sprememb v DNA topologiji. RNA polimeraza se veže na DNA in zaradi translokacije ter omejene rotacije v makromolekularno zasičenem okolju pride do akumulacije torzijske napetosti, kar povzroči spremembe v dodatnem zvitju. Nastaneta dve »twin supercoiling« domeni: pred encimom (downstream) se kopiči pozitivno dodatno zvitje, za encimom (upstream) pa negativno dodatno zvitje.

==Transkripcija vpliva na H-NS kompleks==

Funkcija H-NS kot represorja je neposredno odvisna od stabilnosti njegovih mostov. Ko transkripcija poveča lokalno torzijsko napetost in spremeni porazdelitev dodatnega zvitja v regiji H-NS vezave, se spremeni geometrija DNA v teh območjih. To lahko oslabi kooperativno vezavo H-NS proteinov na DNA in destabilizira mostove ter s tem kompaktno, represivno organizacijo DNA. Transkripcija lahko torej s spremembami v dodatnem zvitju remodelira kromatin, kar destabilizira H-NS interakcije, omogoči povečano dostopnost promotorjev in prekine represijo genov. Poleg destabilizacije lahko pride tudi do delne disociacije H-NS z DNA.

==Regulacijski primer: hilD v Salmonella enterica==

Primer tega vidimo pri genu hilD v Salmonella enterica. hilD kodira osrednji transkripcijski regulator otoka patogenosti SPI-1, ki nadzoruje izražanje številnih genov, povezanih z virulenco. Pod normalnimi pogoji je gen hilD represiran z H-NS, ki tvori mostove in preprečuje vezavo RNA polimeraze. Ob povečani transkripcijski aktivnosti v regiji pa lokalne spremembe v DNA topologiji oziroma spremembe v dodatnem zvitju oslabijo stabilnost H-NS kompleksa. To omogoči dostop RNA polimerazi do promotorja in vodi do aktivacije hilD. Pomembno je, da je aktivacija gena hilD pogosto učinkovitejša, kadar je transkripcija sklopljena s translacijo. Translacijski aparat namreč poveča mehanske sile na nastajajočo RNA in transkripcijski kompleks, kar dodatno prispeva k akumulaciji torzijske napetosti. Večje kopičenje dodatnega zvitja vodi v bolj učinkovito destabilizacijo H-NS mostov in zmanjšanje represije gena.
Ta mehanizem kaže, da protein H-NS ni statičen represor, ampak deluje kot dinamičen strukturni regulator bakterijskega kromatina, katerega funkcija je neposredno modulirana z lokalno DNA topologijo, ki jo med drugim ustvarja transkripcija.

=Zaključek=

H-NS je pomemben nukleoidno-asociiran protein, ki v bakterijah deluje kot globalni represor transkripcije in ključen organizator bakterijskega kromatina. Na DNA se veže v obliki oligomerov, pri čemer tvori filamente in predvsem tvorbo mostov, ki kondenzirajo DNA ter zmanjšujejo dostopnost promotorjev za RNA polimerazo. Na ta način H-NS stabilizira represivno kromatinsko strukturo in prispeva k utišanju številnih genov. Njegovo delovanje je tesno povezano z DNA topologijo, zlasti s stopnjo dodatnega zvitja, ki vpliva na stabilnost in način vezave H-NS na kromatin. Spremembe v lokalni topologiji DNA lahko vplivajo na stabilnost tvorbe mostov in s tem na učinkovitost represije.

=Viri=
* F. M. Rashid, R. T. Dame: 2024: A “nucleoid space” odyssey featuring H‐NS. BioEssays 2024, 46, 2400098. DOI: 10.1002/bies.202400098
* F.-Z. M. Rashid, F. G. E. Crémazy, A. Hofmann, D. Forrest, D. C. Grainger, D. W. Heermann, R. T. Dame: The environmentally-regulated interplay between local three-dimensional chromatin organisation and transcription of proVWX in E. coli. Nat Commun 2023, 14, 7478. DOI: 10.1038/s41467-023-43322-y
*Dorman, C. J.: DNA supercoiling and transcription in bacteria:A two-way street. BMC Molecular and Cell Biology. 2019, 20, 1–9. DOI: 10.1186/s12860-019-0210-z
*Figueroa-Bossi, N., Fernández-Fernández, R., Kerboriou, P., Bouloc, P.,Casadesús, J., Sánchez-Romero, M. A., & Bossi, L.: Transcription-driven DNA supercoiling counteracts H-NS-mediated gene silencing inbacterial chromatin. Nature Communications. 2024, 15(1), 2787. DOI: 10.1038/s41467-024-47114-w
*Winardhi R, Yan J, Kenney L
H-NS Regulates Gene Expression and Compacts the Nucleoid: Insights from Single-Molecule Experiments
Biophysical Journal, 109, 1321-1329

H-NS kot regulator transkripcije in strukture bakterijskega kromatina

2026-05-03T12:54:10Z

LaraGobec:

=Uvod=
Bakterijski kromosom se obnaša kot pameten polimer, ki spreminja svojo tridimenzionalno obliko glede na njegovo okolje. Na 3D obliko najbolj vplivajo fizikalno-kemični dejavniki kot so osmoznost, pH in temperature, kot tudi post-translacijske modifikacije. Arhitektura kromosoma omogoča natančno napovedovanje aktivnih genomskih procesov transkripcije in replikacije. Pomembno vlogo imajo nukleotidni proteini kot so H-NS in IHF. Povzele smo mehanizme regulacije in prehod med dvema oblikama H-NS: mostovi in filamenti, kar je prikazano na primeru operona proVWX. Obravnavale smo tudi vlogo IHF, ki stabilizira H-NS mostove in dodatno prispeva k organizaciji DNA. Osredotočile smo se tudi na topološke vplive, kjer transkripcija povzroča lokalno super-zvitje DNA. Pojasnile smo tudi kako torzijski stres vpliva na stabilnost H-NS kompleksov in omogoča aktivacijo genov, kar smo prikazale s primerom regulatorja hilD v bakteriji Salmonella enterica.

=Organiziranost bakterijskega genoma=
Bakterijski genom se ne nahaja v prosti oblike, temveč je organiziran v različno velike regije. Največja regija imenovana CID oz. Chromosome interaction domain je velika med deset do nekaj sto kbp. Za te domene je značilna visoka frekvenca interakciji znotraj same domene in nizka frekvenca interakciji med zunanjimi domenami. CID regije omejujejo dolgi velikokrat prepisujoči geni, ki ustvarijo območja brez plectonemov. CID regije so zelo pomembne, saj delujejo kot regulacijske enote. Geni znotraj iste CID enote so pogosto podvrženi koordinirani regulaciji in imajo podobne profile izražanja. Kljub temu so CID regije dinamične strukture, ki se spreminjajo glede na celični cikel in metabolično stanje celice, kar omogoča hitro prilagajanje bakterije na okolijske spremembe.
Bakterijski genom je organiziran tudi v TID oz. transcription-induced domains, ki so dolge nekje do 25kbp. Te regije ločujejo dolge regije DNA z nizko stopnjo prepisovanja. Najmanjša izmed vseh domen pa so bundled domains, ki so dolge od 1-20kbp. Te regije imajo visoko stopnjo interakciji, ki so posledica super-zvitja zaradi prepisovanja.

=H-NS kot najpomembnejši NAP=
Za vzdrževanje komplekse arhitekture in regulacijo dostopa do DNA so pomembni nukleotidni proteini (NAPs). Med najpomembnejše sodi H-NS (angl. Histone-like nucleoid-structuring protein). Osnova interakcije DNA in H-NS je visoka afiniteta H-NS do regij, ki so bogate z adeninom in timinom (AT-bogate regije). Protein ne prepozna le posameznega zaporedja, temveč tudi širino malega žleba in intrinzično ukrivljenost dvojne vijačnice. S svojo vezavo utiša tuje gene in omogoča nadzor nad regulacijo v stresnih pogojih.

=Oligomerizacija in dimerizacija H-NS=
Molekularna struktrua H-NS je ključna za njegovo vsestranskost pri interakciji z DNA. Protein sestavljata dve domeni, povezani z prilagodljivim veznim členom. N-terminalna domena, ki je odgovorna za tvorbo dimerov in povezovanje v oligomere in C-terminalna domena, ki omogoča neposredno vezavo na DNA. Proces oligomerizacije omogoča H-NS, da se širi vzdolž molekule DNA in tvori nukleoproteinske filamente. Način interakcije je močno odvisen od okolijskih pogojev predvsem koncentracije dvovalentnih kationov in pH vrednosti. En način lahko imenujemo linarano utrjevanje, saj se dimer H-NS veže na eno verigo DNA, potem pa poteče oligoemrizacija, kar povzroči nastanek togi palici podobne strukture DNA. Drugi bolj kompleksnejši način premoščanje (bridging mode), pa oligomer H-NS poveže dve prostorsko ločeni verigi DNA, kar vodi v nastanek zank in lasnic.

=Molekularni mehanizmi regulacije transkripcije s H-NS=
Protein H-NS vpliva na lokalno strukturo bakterijskega kromatina in s tem na regulacijo transkripcije. Mehanizem njegovega delovanja je dobro ponazorjen na primeru operona ''proVWX'', kjer H-NS uravnava izražanje strukturnih genov v odzivu na spremembe v osmolarnosti.
==Funkcija in struktura operona ''proVWX''==
Operon ''proVWX'' (oz. ''proU''), prisoten v bakteriji ''E. coli'', se aktivira ob hiperosmotskem stresu. Njegovi strukturni geni namreč kodirajo podenote membranskega transportnega kompleksa ProU, ki omogoča vnos osmoprotektantov v celico in s tem znižanje osmotskega potenciala citoplazme.

Operon je sestavljen iz več elementov, ki si v genomu sledijo v naslednjem zaporedju: URE (angl. Upstream Regulatory Element), promotor P2, DRE (angl. Downstream Regulatory Element) ter nazadnje strukturni geni ''proV'', ''proW'' in ''proX''. Genu ''proX'' sledi tudi gen ''ygaY'', ki sicer ni del operona, vendar ima pomembno vlogo pri interakciji z DRE in organizaciji kromatina.

==Vloga H-NS mostov pri regulaciji transkripcije==
Struktura H-NS in s tem njegov vpliv na organizacijo DNA znotraj operona sta odvisna od osmolarnosti. Pri nizki osmolarnosti H-NS tvori dva funkcionalno različna mostova: URE:H-NS:DRE in DRE:H-NS:''ygaY'' (slika 8a: https://doi.org/10.1038/s41467-023-43322-y). Most URE:H-NS:DRE povzroča nastanek DNA zanke, znotraj katere se nahaja promotor P2. Takšna konformacija deluje represivno, saj preprečuje vezavo RNA-polimeraze na promotor in s tem onemogoča iniciacijo transkripcije. V primeru, da je RNA-polimeraza že vezana na promotor, se ujame znotraj zanke in ne more preiti v fazo elongacije. Most DRE:H-NS:''ygaY'' pa ne vpliva neposredno na iniciacijo, lahko pa predstavlja fizično oviro za RNA-polimerazo med elongacijo.

Ob povečani osmolarnosti pa pride do konformacijske spremembe H-NS, ki zmanjša njegovo sposobnost hkratne vezave dveh DNA regij. Posledično se most URE:H-NS:DRE razgradi, H-NS pa preide v obliko filamenta, vezano bodisi na DRE bodisi na URE. S tem se zanka sprosti, promotor postane dostopen, RNA-polimeraza pa lahko začne ali nadaljuje s transkripcijo (slika 8b: https://doi.org/10.1038/s41467-023-43322-y). Med elongacijo mora RNA-polimeraza preiti tudi regijo DRE. Če filamentna oblika H-NS ostane vezana na DRE, to encimu ne preprečuje napredovanja, saj med elongacijo ustvarja mehansko silo, ki omogoča njegovo napredovanje vzdolž DNA in odstranjevanje vezanega H-NS.

Nasprotno se most DRE:H-NS:''ygaY'' ob povišani osmolarnosti ne razgradi, temveč se le delno destabilizira. Takšna oslabljena struktura pa ne predstavlja več učinkovite ovire za RNA-polimerazo, zato ta med elongacijo nemoteno prehaja skozi to regijo. Regulacija operona ''proU'' tako temelji na usklajenem, vendar diferencialnem odzivu obeh mostov na spremembe v osmolarnosti.

==Vpliv IHF na organizacijo DNA in stabilnost H-NS mostov==
Razlike v odzivu posameznih H-NS mostov na osmolarnost so verjetno posledica delovanja drugih NAP proteinov, kot je IHF. IHF se veže na specifično mesto med regijama URE in DRE ter povzroča močno upogibanje DNA z interkalacijo enega ali dveh prolinskih ostankov med bazne pare.

Pri nizki osmolarnosti IHF interkalira oba prolinska ostanka, kar vodi v tvorbo popolnoma upognjene konformacije DNA (oblika črke U) (PDB: 1IHF). S tem se regiji URE in DRE prostorsko približata, kar stabilizira most URE:H-NS:DRE.

Ob visoki osmolarnosti pa IHF interkalira le en prolinski ostanek, kar vodi v sprostitev enega kraka DNA. DNA tako zavzame delno upognjeno konformacijo (oblika črke L), razdalja med URE in DRE pa se poveča, kar dodatno destabilizira most URE:H-NS:DRE.

Nasprotno pa IHF nima pomembnega vpliva na most DRE:H-NS:''ygaY'', saj konformacija DNA med tema dvema regijama ostaja nespremenjena.

=Topološki vplivi na H-NS=

==H-NS kot strukturni represor bakterijskega kromatina==

NAP protein H-NS deluje kot globalni transkripcijski represor v bakterijah. Na DNA vijačnico se veže in tvori tako linearne oligomerne filamente kot tudi, za represijo ključne mostove . H-NS neposredno zaznava in izkorišča lokalno DNA topologijo. Preferenčno stabilizira negativno dodatno zvito DNA, kjer lahko učinkovito oligomerizira in vzpostavi mostičke. Takšni mostovi povečajo rigidnost DNA, zmanjšajo dostopnost promotorjev in otežijo lokalno odpiranje dvojne vijačnice, kar vodi v transkripcijsko represijo genov.

==Transkripcija povzroča dodatno zvitje==

Med aktivno transkripcijo pa pride do lokalnih sprememb v DNA topologiji. RNA polimeraza se veže na DNA in zaradi translokacije ter omejene rotacije v makromolekularno zasičenem okolju pride do akumulacije torzijske napetosti, kar povzroči spremembe v dodatnem zvitju. Nastaneta dve »twin supercoiling« domeni: pred encimom (downstream) se kopiči pozitivno dodatno zvitje, za encimom (upstream) pa negativno dodatno zvitje.

==Transkripcija vpliva na H-NS kompleks==

Funkcija H-NS kot represorja je neposredno odvisna od stabilnosti njegovih mostov. Ko transkripcija poveča lokalno torzijsko napetost in spremeni porazdelitev dodatnega zvitja v regiji H-NS vezave, se spremeni geometrija DNA v teh območjih. To lahko oslabi kooperativno vezavo H-NS proteinov na DNA in destabilizira mostove ter s tem kompaktno, represivno organizacijo DNA. Transkripcija lahko torej s spremembami v dodatnem zvitju remodelira kromatin, kar destabilizira H-NS interakcije, omogoči povečano dostopnost promotorjev in prekine represijo genov. Poleg destabilizacije lahko pride tudi do delne disociacije H-NS z DNA.

==Regulacijski primer: hilD v Salmonella enterica==

Primer tega vidimo pri genu hilD v Salmonella enterica. hilD kodira osrednji transkripcijski regulator otoka patogenosti SPI-1, ki nadzoruje izražanje številnih genov, povezanih z virulenco. Pod normalnimi pogoji je gen hilD represiran z H-NS, ki tvori mostove in preprečuje vezavo RNA polimeraze. Ob povečani transkripcijski aktivnosti v regiji pa lokalne spremembe v DNA topologiji oziroma spremembe v dodatnem zvitju oslabijo stabilnost H-NS kompleksa. To omogoči dostop RNA polimerazi do promotorja in vodi do aktivacije hilD. Pomembno je, da je aktivacija gena hilD pogosto učinkovitejša, kadar je transkripcija sklopljena s translacijo. Translacijski aparat namreč poveča mehanske sile na nastajajočo RNA in transkripcijski kompleks, kar dodatno prispeva k akumulaciji torzijske napetosti. Večje kopičenje dodatnega zvitja vodi v bolj učinkovito destabilizacijo H-NS mostov in zmanjšanje represije gena.
Ta mehanizem kaže, da protein H-NS ni statičen represor, ampak deluje kot dinamičen strukturni regulator bakterijskega kromatina, katerega funkcija je neposredno modulirana z lokalno DNA topologijo, ki jo med drugim ustvarja transkripcija.

=Zaključek=

H-NS je pomemben nukleoidno-asociiran protein, ki v bakterijah deluje kot globalni represor transkripcije in ključen organizator bakterijskega kromatina. Na DNA se veže v obliki oligomerov, pri čemer tvori filamente in predvsem tvorbo mostov, ki kondenzirajo DNA ter zmanjšujejo dostopnost promotorjev za RNA polimerazo. Na ta način H-NS stabilizira represivno kromatinsko strukturo in prispeva k utišanju številnih genov. Njegovo delovanje je tesno povezano z DNA topologijo, zlasti s stopnjo dodatnega zvitja, ki vpliva na stabilnost in način vezave H-NS na kromatin. Spremembe v lokalni topologiji DNA lahko vplivajo na stabilnost tvorbe mostov in s tem na učinkovitost represije.

=Viri=
* F. M. Rashid, R. T. Dame: 2024: A “nucleoid space” odyssey featuring H‐NS. BioEssays 2024, 46, 2400098. DOI: 10.1002/bies.202400098
* F.-Z. M. Rashid, F. G. E. Crémazy, A. Hofmann, D. Forrest, D. C. Grainger, D. W. Heermann, R. T. Dame: The environmentally-regulated interplay between local three-dimensional chromatin organisation and transcription of proVWX in E. coli. Nat Commun 2023, 14, 7478. DOI: 10.1038/s41467-023-43322-y
*Dorman, C. J.: DNA supercoiling and transcription in bacteria:A two-way street. BMC Molecular and Cell Biology. 2019, 20, 1–9. DOI: 10.1186/s12860-019-0210-z
*Figueroa-Bossi, N., Fernández-Fernández, R., Kerboriou, P., Bouloc, P.,Casadesús, J., Sánchez-Romero, M. A., & Bossi, L.: Transcription-driven DNA supercoiling counteracts H-NS-mediated gene silencing inbacterial chromatin. Nature Communications. 2024, 15(1), 2787. DOI: 10.1038/s41467-024-47114-w
*Winardhi R, Yan J, Kenney L
H-NS Regulates Gene Expression and Compacts the Nucleoid: Insights from Single-Molecule Experiments
Biophysical Journal, 109, 1321-1329

BIO2 Povzetki seminarjev 2025

2025-12-12T22:45:51Z

LaraGobec:

== 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 znižana pri bonikih s Parkinsonovo boleznijo. Pri bolezni so bili nivoji akonitaz nizki tako v citosolu kot v mitohondriju, pravtako so bili povišani nivoji “prostega“ Fe2⁺" ter reaktivnih kisikovih zvrsti. Teorije o tem, ali so Lewyjeva telesca posledica okvar mitohondrja, ali prekomerna sinteza alfa-sinukleina povzroči neravnotežje pri komunikaciji med mitohondrijem in ostankom celice, kar povzroči njegovo okvaro. Ne plivajo pa le razmerja encimov na metabolizem celice, temveč tudi intermediati. Razmere alfa-ketoglutarata in fumarata na primer vpljiva na to, koliko bo metiliran ostal četrti lizin na tretjem histonu nukleosoma. Ob metabolizmu zdrave celice namreč razmerje intermediatov povzroči demetilacijo H3K4me3,(epigenetsko modifikacijo, ki jo najdemo tudi na promotorski regiji gena alfa-sinukleina), kar povzroči manjše izražanje tega gena. Pri bolnikih Parkinsonove bolezni pa zaradi drugačnega razmerja do demetilacije ne pride in je gen (tudi SNCA gen) več izražen.||
|-
| 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 pregled 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 oblikujejo sestavo kompleksov, kot je ATP sintaza. 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 v tem pregledu 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.||
|-
|Debevec, Ana||Vloga disfunkcije oksidativne fosforilacije v patofiziologiji shizofrenije||Mitohondrijska disfunkcija predstavlja enega osrednjih mehanizmov, ki prispevajo k razvoju shizofrenije. Okvare kompleksov oksidativne fosforilacije zmanjšajo nastanek ATP in povečajo tvorbo reaktivnih kisikovih spojin, kar vodi v poškodbe lipidov, proteinov in notranje mitohondrijske membrane. Porušeno razmerje NADH/NAD⁺ preusmeri presnovo v glikolizo, kar povzroči kopičenje laktata in znižanje pH, s tem pa dodatno oslabi delovanje nevronov. Zaradi pomanjkanja ATP upade stabilnost sinaptičnih povezav in učinkovitost prenosa informacij v možganskih mrežah. Energijska neučinkovitost močno vpliva na dopaminske poti. V mezokortikalni poti oslabi sproščanje dopamina v prefrontalni skorji, kar je povezano z negativnimi in kognitivnimi simptomi. Hkrati porušena regulacija v mezolimbični poti lahko povzroči pretirano dopaminsko signalizacijo, ki je povezana s pozitivnimi simptomi. Skupni rezultat teh sprememb je zmanjšana usklajenost nevronskih mrež ter moteno procesiranje informacij, kar pomembno prispeva k značilnim simptomom shizofrenije.||
|-
|Kovač, Maša||Mitohondriji in staranje||Staranje je izredno kompleksen proces, na katerega vpliva veliko različnih faktorjev, eden najpomembnejših izmed njih pa je delovanje mitohondrijev. V mitohondrijih poteka oksidativna fosforilacija (OXPHOS), med katero nastaja ATP, kar celice oskrbuje z dovoljšno energijo za opravljanje ključnih procesov, kot so biosinteza in popravljanje proteinov. Motnje v mitohondrijskem delovanju pomembno prispevajo k staranju, zlasti zaradi neravnovesja v nastajanju reaktivnih kisikovih zvrsti (ROS) ter okvar v mehanizmih, ki skrbijo za pravilno sintezo, zlaganje, uvoz in razgradnjo mitohondrijskih proteinov. S tem so povezane napake v biosintezi, kot so mutacije v DNA, nepravilen import proteinov, nepravilno zvijanje, sestavljanje v funkcionalne komplekse ter nepravilni mehanizmi popravljanja in degradacije poškodovanih ali nepravilno zvitih proteinov. Pomembne v raziskovanju staranja so tudi neklasične poti, kot je reverzna elektronska pot (RET), pri kateri se generira ogromna količina ROS in je prisotna pri boleznih povezanih s starostjo, hkrati pa lahko zaradi svojih produktov tudi sama vodi v poškodbe tkiv in staranje. raziskave pa kažejo, da obstajajo terapije, ki lahko s povečanjem učinkovitosti mitohondrijev pomagajo v preventivi staranja. Najbolj raziskana je trenutno restrikcija kalorij, sledi pa telesna vadba. Pod novejše terapije pa se štejeta mitohondrijska transplantacija in popravljanje napak mitohondrijskega DNA z bioinženiringom.||
|-
|Činkole Črček, Anja || Inovacije v fotosintezi kot strategija za povečanje svetovne preskrbe s hrano || Lakota je eden izmed večjih izzivov s katerimi se soočajo države celega sveta. Po ocenah za leto 2024 je lakota prizadela približno 8,2 odstotka svetovne populacije oziroma 673 milijonov ljudi. Poleg lakote pa je potrebno poudariti, da se premalo govori o kakovosti in varnosti hrane. Povpraševanje po hrani se bo, po ocenah do leta 2050, dvignilo za 50 %. Nezadostna količina hrane in slaba kakovost le te povzročata zdravstvene težave, neizpopolnjenost potencialov in osebno trpljenje. Aktualna tematika je torej, kako izboljšati in povečati pridelavo hrane. Eden izmed vidikov, o katerih se zaenkrat na tem področju ni veliko govorilo, je biološki, mikrobiološki, biokemijski in kemijski vidik. Znanstveniki so se v zadnjih letih še temeljiteje posvetili razumevanju mehanizmov fotosinteze, saj bi z njihovo optimizacijo lahko izboljšali učinkovitost pretvorbe energije v biomaso in večji pridelek. Raziskave so se osredotočile na več ključnih področij: optimizacijo svetlobe in fotoprotekcijo, izboljšanje elektronske transportne verige, izpopolnjevanje mehanizmov koncentracije CO2 ter optimizacijo encimov Calvinovega cikla. Ker se posamezne metode razlikujejo po svoji učinkovitosti, ostaja nadaljnje raziskovanje teh procesov izjemno pomembno za razvoj bolj produktivnih rastlin.||
|-
|Milić, Danka || Saharoza in dentalni karies: oralni biofilmi in polimikrobne interakcije v mikrookoljih || Sladkor, predvsem saharoza, je danes skoraj nepogrešiv del vsakodnevne prehrane - najdemo jo v namiznem sladkorju, pecivu, slaščicah, gaziranih pijačah, marmeladah, žitnih mešanicah... Pogosto ga uživamo brez jasne predstave o tem, kako vpliva na zdravje naših zob. Dentalni karies je ena najpogostejših bolezni, ki se pojavlja že v zgodnjem otroštvu, takoj po izrasti zob. Nastane kot posledica delovanja bakterije Streptococcus mutans, ki saharozo pretvarja v glukane, potrebne za izgradnjo EPS-matriksa. Ta deluje kot mehanska pregrada in zaščita, omogoča nastanek koncentracijskih gradientov in trajno zakisanih mikrookolj ter ustvarja pogoje za oblikovanje patogenih niš in demineralizacijo sklenine.
Zdravljenje je težko, saj karijesa ne povzroča ena sama bakterija, temveč polimikrobna skupnost, do katere antibiotiki zaradi matriksa teže prodrejo. V ustni votlini poleg kariogenih obstajajo tudi vrste, ki aktivno zavirajo patogenost biofilma, ter druge, ki v singeriji s Streptococcus mutans pospešujejo njegovo virulentnost. To potrjuje, da gre za izjemno dinamičen ekosistem in ne za pasivno, enostavno okužbo.
|-
|Lara Gobec||Končni sintezni produkti fotosinteze: saharoza, škrob in celuloza|| Seminarska naloga je fokusirana na končne presnovne produkte procesa fotosintez. Ti nastanejo iz trioznih fosfatov, ki so primarni produkt Calvinovega cikla. Najprej je opisana saharoza, ki nastaja v citosolu in ni le transporta molekula in vir energija, temveč je tudi regulacijska molekula v višjih rastlinah. Ob pospešeni fotosintezi se začne v stromi kloroplasta sintetizirati tudi škrob, ki je porabi odvečne triozne fosfatne, sprosti anorganski fosfor in skladišči ogljik. Hkrati tudi fino regulira koncentracijo anorganskega fosfata Pi v kloroplastu. Večina se ga čez noč razgradi in v citoslu sintetizira v saharozo. Dotaknila sem se tudi celuloze, ki je strukturni polisaharid in se sintetizira na plazmalemi celice, ter skrbi za trdnost in zaščito celic. Omenila sem tudi fotorespiacijo, ki je pomembna zaščita in regulacija Calvinovega cikla, čeprav se sprva zdi potratna in neučinkovita.

BIO2 Povzetki seminarjev 2025

2025-12-12T22:44:47Z

LaraGobec: Seminarska naloga je fokusirana na končne presnovne produkte procesa fotosintez. Ti nastanejo iz trioznih fosfatov, ki so primarni produkt Calvinovega cikla. Najprej je opisana saharoza, ki nastaja v citosolu in ni le transporta molekula in vir energija, temveč je tudi regulacijska molekula v višjih rastlinah. Ob pospešeni fotosintezi se začne v stromi kloroplasta sintetizirati tudi škrob, ki je porabi odvečne triozne fosfatne, sprosti anorganski fosfor in skladišči ogljik. Hkrati tudi fino regu

== 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 znižana pri bonikih s Parkinsonovo boleznijo. Pri bolezni so bili nivoji akonitaz nizki tako v citosolu kot v mitohondriju, pravtako so bili povišani nivoji “prostega“ Fe2⁺" ter reaktivnih kisikovih zvrsti. Teorije o tem, ali so Lewyjeva telesca posledica okvar mitohondrja, ali prekomerna sinteza alfa-sinukleina povzroči neravnotežje pri komunikaciji med mitohondrijem in ostankom celice, kar povzroči njegovo okvaro. Ne plivajo pa le razmerja encimov na metabolizem celice, temveč tudi intermediati. Razmere alfa-ketoglutarata in fumarata na primer vpljiva na to, koliko bo metiliran ostal četrti lizin na tretjem histonu nukleosoma. Ob metabolizmu zdrave celice namreč razmerje intermediatov povzroči demetilacijo H3K4me3,(epigenetsko modifikacijo, ki jo najdemo tudi na promotorski regiji gena alfa-sinukleina), kar povzroči manjše izražanje tega gena. Pri bolnikih Parkinsonove bolezni pa zaradi drugačnega razmerja do demetilacije ne pride in je gen (tudi SNCA gen) več izražen.||
|-
| 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 pregled 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 oblikujejo sestavo kompleksov, kot je ATP sintaza. 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 v tem pregledu 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.||
|-
|Debevec, Ana||Vloga disfunkcije oksidativne fosforilacije v patofiziologiji shizofrenije||Mitohondrijska disfunkcija predstavlja enega osrednjih mehanizmov, ki prispevajo k razvoju shizofrenije. Okvare kompleksov oksidativne fosforilacije zmanjšajo nastanek ATP in povečajo tvorbo reaktivnih kisikovih spojin, kar vodi v poškodbe lipidov, proteinov in notranje mitohondrijske membrane. Porušeno razmerje NADH/NAD⁺ preusmeri presnovo v glikolizo, kar povzroči kopičenje laktata in znižanje pH, s tem pa dodatno oslabi delovanje nevronov. Zaradi pomanjkanja ATP upade stabilnost sinaptičnih povezav in učinkovitost prenosa informacij v možganskih mrežah. Energijska neučinkovitost močno vpliva na dopaminske poti. V mezokortikalni poti oslabi sproščanje dopamina v prefrontalni skorji, kar je povezano z negativnimi in kognitivnimi simptomi. Hkrati porušena regulacija v mezolimbični poti lahko povzroči pretirano dopaminsko signalizacijo, ki je povezana s pozitivnimi simptomi. Skupni rezultat teh sprememb je zmanjšana usklajenost nevronskih mrež ter moteno procesiranje informacij, kar pomembno prispeva k značilnim simptomom shizofrenije.||
|-
|Kovač, Maša||Mitohondriji in staranje||Staranje je izredno kompleksen proces, na katerega vpliva veliko različnih faktorjev, eden najpomembnejših izmed njih pa je delovanje mitohondrijev. V mitohondrijih poteka oksidativna fosforilacija (OXPHOS), med katero nastaja ATP, kar celice oskrbuje z dovoljšno energijo za opravljanje ključnih procesov, kot so biosinteza in popravljanje proteinov. Motnje v mitohondrijskem delovanju pomembno prispevajo k staranju, zlasti zaradi neravnovesja v nastajanju reaktivnih kisikovih zvrsti (ROS) ter okvar v mehanizmih, ki skrbijo za pravilno sintezo, zlaganje, uvoz in razgradnjo mitohondrijskih proteinov. S tem so povezane napake v biosintezi, kot so mutacije v DNA, nepravilen import proteinov, nepravilno zvijanje, sestavljanje v funkcionalne komplekse ter nepravilni mehanizmi popravljanja in degradacije poškodovanih ali nepravilno zvitih proteinov. Pomembne v raziskovanju staranja so tudi neklasične poti, kot je reverzna elektronska pot (RET), pri kateri se generira ogromna količina ROS in je prisotna pri boleznih povezanih s starostjo, hkrati pa lahko zaradi svojih produktov tudi sama vodi v poškodbe tkiv in staranje. raziskave pa kažejo, da obstajajo terapije, ki lahko s povečanjem učinkovitosti mitohondrijev pomagajo v preventivi staranja. Najbolj raziskana je trenutno restrikcija kalorij, sledi pa telesna vadba. Pod novejše terapije pa se štejeta mitohondrijska transplantacija in popravljanje napak mitohondrijskega DNA z bioinženiringom.||
|-
|Činkole Črček, Anja || Inovacije v fotosintezi kot strategija za povečanje svetovne preskrbe s hrano || Lakota je eden izmed večjih izzivov s katerimi se soočajo države celega sveta. Po ocenah za leto 2024 je lakota prizadela približno 8,2 odstotka svetovne populacije oziroma 673 milijonov ljudi. Poleg lakote pa je potrebno poudariti, da se premalo govori o kakovosti in varnosti hrane. Povpraševanje po hrani se bo, po ocenah do leta 2050, dvignilo za 50 %. Nezadostna količina hrane in slaba kakovost le te povzročata zdravstvene težave, neizpopolnjenost potencialov in osebno trpljenje. Aktualna tematika je torej, kako izboljšati in povečati pridelavo hrane. Eden izmed vidikov, o katerih se zaenkrat na tem področju ni veliko govorilo, je biološki, mikrobiološki, biokemijski in kemijski vidik. Znanstveniki so se v zadnjih letih še temeljiteje posvetili razumevanju mehanizmov fotosinteze, saj bi z njihovo optimizacijo lahko izboljšali učinkovitost pretvorbe energije v biomaso in večji pridelek. Raziskave so se osredotočile na več ključnih področij: optimizacijo svetlobe in fotoprotekcijo, izboljšanje elektronske transportne verige, izpopolnjevanje mehanizmov koncentracije CO2 ter optimizacijo encimov Calvinovega cikla. Ker se posamezne metode razlikujejo po svoji učinkovitosti, ostaja nadaljnje raziskovanje teh procesov izjemno pomembno za razvoj bolj produktivnih rastlin.||
|-
|Milić, Danka || Saharoza in dentalni karies: oralni biofilmi in polimikrobne interakcije v mikrookoljih || Sladkor, predvsem saharoza, je danes skoraj nepogrešiv del vsakodnevne prehrane - najdemo jo v namiznem sladkorju, pecivu, slaščicah, gaziranih pijačah, marmeladah, žitnih mešanicah... Pogosto ga uživamo brez jasne predstave o tem, kako vpliva na zdravje naših zob. Dentalni karies je ena najpogostejših bolezni, ki se pojavlja že v zgodnjem otroštvu, takoj po izrasti zob. Nastane kot posledica delovanja bakterije Streptococcus mutans, ki saharozo pretvarja v glukane, potrebne za izgradnjo EPS-matriksa. Ta deluje kot mehanska pregrada in zaščita, omogoča nastanek koncentracijskih gradientov in trajno zakisanih mikrookolj ter ustvarja pogoje za oblikovanje patogenih niš in demineralizacijo sklenine.
Zdravljenje je težko, saj karijesa ne povzroča ena sama bakterija, temveč polimikrobna skupnost, do katere antibiotiki zaradi matriksa teže prodrejo. V ustni votlini poleg kariogenih obstajajo tudi vrste, ki aktivno zavirajo patogenost biofilma, ter druge, ki v singeriji s Streptococcus mutans pospešujejo njegovo virulentnost. To potrjuje, da gre za izjemno dinamičen ekosistem in ne za pasivno, enostavno okužbo.||
|-
|Lara Gobec||Končni sintezni produkti fotosinteze: saharoza, škrob in celuloza||

BIO2 Povzetki seminarjev 2025

2025-12-12T22:43:52Z

LaraGobec:

== 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 znižana pri bonikih s Parkinsonovo boleznijo. Pri bolezni so bili nivoji akonitaz nizki tako v citosolu kot v mitohondriju, pravtako so bili povišani nivoji “prostega“ Fe2⁺" ter reaktivnih kisikovih zvrsti. Teorije o tem, ali so Lewyjeva telesca posledica okvar mitohondrja, ali prekomerna sinteza alfa-sinukleina povzroči neravnotežje pri komunikaciji med mitohondrijem in ostankom celice, kar povzroči njegovo okvaro. Ne plivajo pa le razmerja encimov na metabolizem celice, temveč tudi intermediati. Razmere alfa-ketoglutarata in fumarata na primer vpljiva na to, koliko bo metiliran ostal četrti lizin na tretjem histonu nukleosoma. Ob metabolizmu zdrave celice namreč razmerje intermediatov povzroči demetilacijo H3K4me3,(epigenetsko modifikacijo, ki jo najdemo tudi na promotorski regiji gena alfa-sinukleina), kar povzroči manjše izražanje tega gena. Pri bolnikih Parkinsonove bolezni pa zaradi drugačnega razmerja do demetilacije ne pride in je gen (tudi SNCA gen) več izražen.||
|-
| 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 pregled 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 oblikujejo sestavo kompleksov, kot je ATP sintaza. 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 v tem pregledu 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.||
|-
|Debevec, Ana||Vloga disfunkcije oksidativne fosforilacije v patofiziologiji shizofrenije||Mitohondrijska disfunkcija predstavlja enega osrednjih mehanizmov, ki prispevajo k razvoju shizofrenije. Okvare kompleksov oksidativne fosforilacije zmanjšajo nastanek ATP in povečajo tvorbo reaktivnih kisikovih spojin, kar vodi v poškodbe lipidov, proteinov in notranje mitohondrijske membrane. Porušeno razmerje NADH/NAD⁺ preusmeri presnovo v glikolizo, kar povzroči kopičenje laktata in znižanje pH, s tem pa dodatno oslabi delovanje nevronov. Zaradi pomanjkanja ATP upade stabilnost sinaptičnih povezav in učinkovitost prenosa informacij v možganskih mrežah. Energijska neučinkovitost močno vpliva na dopaminske poti. V mezokortikalni poti oslabi sproščanje dopamina v prefrontalni skorji, kar je povezano z negativnimi in kognitivnimi simptomi. Hkrati porušena regulacija v mezolimbični poti lahko povzroči pretirano dopaminsko signalizacijo, ki je povezana s pozitivnimi simptomi. Skupni rezultat teh sprememb je zmanjšana usklajenost nevronskih mrež ter moteno procesiranje informacij, kar pomembno prispeva k značilnim simptomom shizofrenije.||
|-
|Kovač, Maša||Mitohondriji in staranje||Staranje je izredno kompleksen proces, na katerega vpliva veliko različnih faktorjev, eden najpomembnejših izmed njih pa je delovanje mitohondrijev. V mitohondrijih poteka oksidativna fosforilacija (OXPHOS), med katero nastaja ATP, kar celice oskrbuje z dovoljšno energijo za opravljanje ključnih procesov, kot so biosinteza in popravljanje proteinov. Motnje v mitohondrijskem delovanju pomembno prispevajo k staranju, zlasti zaradi neravnovesja v nastajanju reaktivnih kisikovih zvrsti (ROS) ter okvar v mehanizmih, ki skrbijo za pravilno sintezo, zlaganje, uvoz in razgradnjo mitohondrijskih proteinov. S tem so povezane napake v biosintezi, kot so mutacije v DNA, nepravilen import proteinov, nepravilno zvijanje, sestavljanje v funkcionalne komplekse ter nepravilni mehanizmi popravljanja in degradacije poškodovanih ali nepravilno zvitih proteinov. Pomembne v raziskovanju staranja so tudi neklasične poti, kot je reverzna elektronska pot (RET), pri kateri se generira ogromna količina ROS in je prisotna pri boleznih povezanih s starostjo, hkrati pa lahko zaradi svojih produktov tudi sama vodi v poškodbe tkiv in staranje. raziskave pa kažejo, da obstajajo terapije, ki lahko s povečanjem učinkovitosti mitohondrijev pomagajo v preventivi staranja. Najbolj raziskana je trenutno restrikcija kalorij, sledi pa telesna vadba. Pod novejše terapije pa se štejeta mitohondrijska transplantacija in popravljanje napak mitohondrijskega DNA z bioinženiringom.||
|-
|Činkole Črček, Anja || Inovacije v fotosintezi kot strategija za povečanje svetovne preskrbe s hrano || Lakota je eden izmed večjih izzivov s katerimi se soočajo države celega sveta. Po ocenah za leto 2024 je lakota prizadela približno 8,2 odstotka svetovne populacije oziroma 673 milijonov ljudi. Poleg lakote pa je potrebno poudariti, da se premalo govori o kakovosti in varnosti hrane. Povpraševanje po hrani se bo, po ocenah do leta 2050, dvignilo za 50 %. Nezadostna količina hrane in slaba kakovost le te povzročata zdravstvene težave, neizpopolnjenost potencialov in osebno trpljenje. Aktualna tematika je torej, kako izboljšati in povečati pridelavo hrane. Eden izmed vidikov, o katerih se zaenkrat na tem področju ni veliko govorilo, je biološki, mikrobiološki, biokemijski in kemijski vidik. Znanstveniki so se v zadnjih letih še temeljiteje posvetili razumevanju mehanizmov fotosinteze, saj bi z njihovo optimizacijo lahko izboljšali učinkovitost pretvorbe energije v biomaso in večji pridelek. Raziskave so se osredotočile na več ključnih področij: optimizacijo svetlobe in fotoprotekcijo, izboljšanje elektronske transportne verige, izpopolnjevanje mehanizmov koncentracije CO2 ter optimizacijo encimov Calvinovega cikla. Ker se posamezne metode razlikujejo po svoji učinkovitosti, ostaja nadaljnje raziskovanje teh procesov izjemno pomembno za razvoj bolj produktivnih rastlin.||
|-
|Milić, Danka || Saharoza in dentalni karies: oralni biofilmi in polimikrobne interakcije v mikrookoljih || Sladkor, predvsem saharoza, je danes skoraj nepogrešiv del vsakodnevne prehrane - najdemo jo v namiznem sladkorju, pecivu, slaščicah, gaziranih pijačah, marmeladah, žitnih mešanicah... Pogosto ga uživamo brez jasne predstave o tem, kako vpliva na zdravje naših zob. Dentalni karies je ena najpogostejših bolezni, ki se pojavlja že v zgodnjem otroštvu, takoj po izrasti zob. Nastane kot posledica delovanja bakterije Streptococcus mutans, ki saharozo pretvarja v glukane, potrebne za izgradnjo EPS-matriksa. Ta deluje kot mehanska pregrada in zaščita, omogoča nastanek koncentracijskih gradientov in trajno zakisanih mikrookolj ter ustvarja pogoje za oblikovanje patogenih niš in demineralizacijo sklenine.
Zdravljenje je težko, saj karijesa ne povzroča ena sama bakterija, temveč polimikrobna skupnost, do katere antibiotiki zaradi matriksa teže prodrejo. V ustni votlini poleg kariogenih obstajajo tudi vrste, ki aktivno zavirajo patogenost biofilma, ter druge, ki v singeriji s Streptococcus mutans pospešujejo njegovo virulentnost. To potrjuje, da gre za izjemno dinamičen ekosistem in ne za pasivno, enostavno okužbo.||
|-
|Lara Gobec||Končni sintezni produkti fotosinteze: saharoza, škrob in celuloza||Seminarska naloga je fokusirana na končne presnovne produkte procesa fotosintez. Ti nastanejo iz trioznih fosfatov, ki so primarni produkt Calvinovega cikla. Najprej je opisana saharoza, ki nastaja v citosolu in ni le transporta molekula in vir energija, temveč je tudi regulacijska molekula v višjih rastlinah. Ob pospešeni fotosintezi se začne v stromi kloroplasta sintetizirati tudi škrob, ki je porabi odvečne triozne fosfatne, sprosti anorganski fosfor in skladišči ogljik. Hkrati tudi fino regulira koncentracijo anorganskega fosfata Pi v kloroplastu. Večina se ga čez noč razgradi in v citoslu sintetizira v saharozo. Dotaknila sem se tudi celuloze, ki je strukturni polisaharid in se sintetizira na plazmalemi celice, ter skrbi za trdnost in zaščito celic. Omenila sem tudi fotorespiacijo, ki je pomembna zaščita in regulacija Calvinovega cikla, čeprav se sprva zdi potratna in neučinkovita.|