BIO2 Povzetki seminarjev 2018
Biokemija- Povzetki seminarjev 2018/2019
Nazaj na osnovno stran
Karmen Mlinar: Signalizacija in odzivi na abiotski stres pri rastlinah
Rastline živijo v stalno spreminjajočem se okolju, ki je pogosto neugodno in stresno za njihovo rast in razvoj. Primer abiotskega stresa so suša, ekstremne temperature, slanost tal, pomanjkanje hranil v prsti ipd. Rastline lahko stres preživijo tako, da se mu prilagodijo ali pa izognejo. V nasprotnem primeru so obsojene na smrt. Identificiranih je le malo senzorjev, ki zaznavajo stres. Pri signalizaciji odzivov na stresna okolja pogosto sodeluje družina kinaz SnRK, ki zaznajo spremembe v energijskem statusu rastline, ki jih povzroči stres. Znane so tri poddružine SnRKs: SnRK1s, SnRK2s, ki sodelujejo pri osmotskem stresu in ABA signalizaciji, in SnRK3s, ki so ključni regulatorji ionske homeostaze pri spopadanju s solnim stresom. Pri ionskem stresu pogosto problem predstavlja Na+. Pri njegovi signalizaciji je ključna SOS signalna pot. Signalizacija temperaturnega stresa se začne s spremembami v fluidnosti membrane, kar zaznajo integralni membranski proteini. Pri signalizaciji pogosto sodelujejo tudi MAPKs, CPKs in stresni hormon ABA, pomembno vlogo pa nosijo sekundarni sporočevalci kot sta kalcij in ROS. Vse to stremi k vzpostavitvi ionske in vodne homeostaze ter celične stabilnosti v stresnem okolju. Z razumevanjem signalizacije stresa in odzivov, ki sledijo, bomo lahko izboljšali odpornost pridelkov na stres in s tem zagotovili kmetijsko stabilnost in preskrbo s hrano za rastoče svetovno prebivalstvo.
Aljaž Bratina: Pomen različnih signalnih poti pri staranju
Staranje je postopna izguba fiziološke integritete in vodi v prizadeto funkcionalnost ter povečano možnost za smrt. Hitremu staranju nasprotna je dolgoživost, to je stanje, v katerem organizem ne izgublja funkcionalnosti ali jo izgublja počasneje. Staranje lahko opredelimo z devetimi splošnimi lastnostmi, ki jih opazimo v večini organizmov. Pri preučevanju staranja opazujemo organizem C. elegans, ki lahko med razvojem v primeru neugodnih razmer razvije stanje dauer, v katerem je razvoj ustavljen in je tako organizem sposoben preživeti dalj časa. Pri regulaciji staranja in dolgoživosti so pomembne mnoge celične signalne poti, kot del njih pa predvsem jedrni receptorji, ki uravnavajo prepisovanje genov, ki imajo vpliv na hitrost staranja oz. vzdrževanje dolgoživosti. V seminarski nalogi so opisane štiri pomembne signalne poti in njihov vpliv na staranje. Pri prvi je pomemben jedrni receptor DAF-12, ki za svoje delovanje potrebuje steroid DA. Neugodne razmere ga deaktivirajo, kar vodi v razvoj stanja dauer. Na dolgoživost pozitivno vpliva tudi aktiviran kompleks NSBP-1 in jedrnega receptorja DAF-16, ki sta del signalne poti IIS. To pot regulira tudi količina holesterola v celici. Dolgoživost povzročajo tudi prekinitveni post, pri katerem se aktivira jedrni receptor AP-1, pa tudi odstranitev zarodnih celic, ki poleg prej omenjene DAF-12 in DAF-16 aktivira tudi nekatere druge receptorje, npr. NHR-80 in NH3-49.
Eva Gartner: Wnt signalizacija in njena vloga pri srčni fibrozi
Wnt signalizacija zajema skupino signalnih poti, ki jih regulirajo wnt proteini. Ti se vežejo na posebne receptorje v membrani celice, preko katerih se signal prenese v notranjost. Wnt signalizacijo sestavljajo tri glavne signalizacijske poti: kanonična wnt pot, ki vključuje protein β-katenin, nekanonična (PCP) pot in nekanonična pot, ki sodeluje pri regulaciji kalcija. Vse poti se začnejo z vezavo wnt-liganda na transmembranske Fz receptorje in prenosom signala do znotrajceličnega proteina Dsh. Od tu naprej se poti razcepijo vsaka v svojo smer. Wnt signalizacija sodeluje v mnogih procesih, potrebnih za normalen razvoj organizma, kot so npr. razmnoževanje, specializacija in migracije celic. Prisotnost regulacije z wnt signalizacijo so odkrili tudi pri srčni fibrozi in z njo povezanih boleznih in poškodbah srca. V zdravih celicah wnt signalizacija navadno ni prisotna. Izraz fibroza se nanaša na povečanje količine zunajceličnega matriksa, zaradi česar postane srčna mišica otrdela in krčenje manj intenzivno. Pride do prekomerne namnožitve fibroblastov in diferenciacije v miofibroblaste, ki so fenotipsko med fibroblasti in mišičnimi celicami. Kljub številnim raziskavam, ki dokazujejo vpletenost wnt signalizacije v razvoju fibroze, natančni mehanizmi vseh signalnih poti še vedno niso znani. Potrebne so še nadaljnje raziskave za razumevanje zapletene celične komunikacije in odkritje novih terapevtskih možnosti.
Neža Žerjav: Vloga kaspaz pri celični smrti
Kaspaze so cisteinske peptidaze, ki sodelujejo v signalnih poteh celične smrti. Poznamo več vrst celične smrti, med njii tudi apoptozo, nekrozo, nekroptozo in piroptozo. Vloga kaspaz pri apoptozi je dobro znana, so adapterski proteini ali pa aktivno sodelujejo pri postopni razgradnji celice, saj sprožijo nastajanje apoptotskih veziklov in fagocitozo celice. Nekrozo označujemo kot neprogramirano celično smrt, vendar to za nekroptozo, ki ji pravimo tudi programirana nekroza, ne drži. Slednja je namreč v celici konkurenčna apoptozi, preko kaspaz sta recipročno regulirani. Nekroptozo kaspaze zavirajo, saj inhibirajo kompleks RIPK1/RIPK3, ki z aktivacijo proteina MLKL povzroči razlitje celične vsebine, značilno za nekrozo. Kaspaze sodelujejo tudi pri piroptozi, ki je posledica stresnih dejavnikov iz okolice – poškodb, patogenih organizmov ali njihovih toksinov. Kaspaze pri piroptozi povzročijo aktivacijo gasdermina D, ki sproži celično lizo, in vnetni odziv. Poznavanje delovanja kaspaz nam omogoča tako vpogled v razvoj in mehanizem vzdrževanja homeostaze organizmov, kakor tudi razumevanje patoloških procesov, na primer multiple in amiotrofične lateralne skleroze, ishemične bolezni srca ter vnetnih odzivov zaradi okužb.
Svetloba je za rastline eden od najpomembnejših okoljskih signalov, ki vplivajo na rast in razvoj. V odvisnosti od intenzitete in valovne dolžine svetlobe se pri rastlinah pojavljata dva kontrastna razvojna procesa. Fotomorfogeneza je osnovna oblika rasti, saj rastlinam omogoča razvoj v avtotrofne organizme, sposobne opravljati fotosintezo, skotomorfogeneza pa je le zavrta oblika fotomorfogeneze, ki se odvija v temi. Potek teh dveh procesov rastline uravnavajo pod vplivom svetlobnega signala v svetlobni signalni poti. V njej sodelujejo fotoreceptorji ter pozitivni in negativni regulatorji fotomorfogeneze. V temi se fotoreceptor fitokrom nahaja v biološko neaktivni obliki v citosolu rastlinske celice. Negativni regulatorji se tako lahko v jedru prosto vežejo na druge molekule. Transkripcijski faktorji PIF se v obliki dimerov vežejo na promotorske regije na molekuli DNA in s tem preprečijo prepisovanje genov za fotomorfogenezo. Proteini COP/DET/FUS delujejo kot E3 ligaze pozitivnih regulatorjev HY5, HFR1, LAF1 in tako sodelujejo pri njihovi razgradnji. Z vzajemnim delovanjem tako negativni regulatorji zatirajo potek fotomorfogeneze. Na svetlobi se fitokrom konformacijsko spremeni in preide v jedro. Tam v sodelovanju z drugimi molekulami inhibira negativne regulatorje, bodisi s preprečitvijo njihovega encimskega delovanja, bodisi s sodelovanjem pri njihovi razgradnji. Posledično lahko postanejo aktivni pozitivni regulatorji, ki se vežejo poleg promotorskih regij na DNA in tako aktivirajo prepisovanje genov za fotomorfogenezo.
Tina Zavodnik: Mehanična transdukcija in proteini Piezo
Praktično vsi organizmi so občutljivi na mehanske dražljaje. Fizične sile regulirajo številne fiziološke procese, nezadostni oz. napačni odzivi nanje pa lahko vodijo do številnih okvar ali bolezni. Naše zaznavanje teh dražljajev in njihova pretvorba v biokemijske informacije, imenovana tudi mehanotransdukcija, sta torej ključna za dojemanje sveta okoli nas in odzivanje nanj. To nam omogočajo čutila, navadno sestavljena iz čutilne celice ali receptorja in senzoričnega nevrona. Zaradi obstoja mnogo različnih vrst in intenzitet dražljajev so se tudi čutnice in senzorični nevroni specializirali v zaznavanje vsakega od stimulusov. Merklovi živčni končiči so mehanski receptorji, sposobni zaznavati nežen pritisk na koži. To pa jim omogočajo posebni ionski kanalčki, imenovani proteini Piezo. Nežen dotik na površini kože sproži prenos mehaničnega dražljaja do Merklovih živčnih končičev, kjer se aktivira kanalček Piezo2 v Merklovi celici. Aktivacija kanalčka omogoči prehod kalcijevih in natrijevih ionov v notranjost celice. Merklova celica se depolarizira in sproži akcijski potencial v pripadajočem aferentnem nevronu. Mehanični dražljaj pa aktivira tudi kanalčke Piezo2 v membrani SA1 aferentnega nevrona in s tem sproži dodatno vzpostavitev akcijskega potenciala. Pred kratkim je bila odkrita struktura proteina Piezo, kar pa še vedno ne razkriva natančnega mehanizma aktivacije ionskega kanalčka zaradi mehanskega dražljaja. Najverjetneje se zaradi mehanskega dražljaja spremeni konformacija proteina Piezo. Kanalček se odpre in ioni lahko pod vplivom koncentracijskega gradienta prehajajo skozi membrano.
Doroteja Armič: Bifunkcionalen encim PFK-2/FBPaza-2 in njegova vloga v metabolizmu glukoze
PFK-2/FBPaza-2 (fosfofruktokinaza-2/fruktoza-2,6-bisfosfataza) je eden izmed encimov, ki sodelujejo pri regulaciji metabolizma glukoze v evkariontih. Je bifunkcionalen encim, ki uravnava, ali bo v celici potekala glikoliza ali glukoneogeneza. Za to je odgovoren posredno, saj regulira količino alosteričnega efektorja encimov PFK-1 in FBPaza-1 – fruktoze-2,6-bisfosfata. En encim ima dve katalitični domeni. Kinazna domena katalizira sintezo, bisfosfatazna domena pa razgradnjo fruktoze-2,6-bisfosfata. Delovanje encima je regulirano na nivoju posttranslacijske modifikacije, in sicer s fosforilacijo/defosforilacijo. Pri sesalcih obstajajo štirje različni izocimi, vsakega kodira drug gen. Ti izocimi so jetrni, srčni, možganski in izocim testisov. Vsak izocim pa ima več izooblik, ki nastanejo z alternativnim spajanjem eksonov. Izooblike se razlikujejo v regulatornih regijah. Fosforilirajo in defosforilirajo jih drugačne kinaze, nekatere izooblike pa fosforilacijskih mest sploh nimajo. Encim PFK-2/FBPaza-2 je nastal s fuzijo dveh genov. Encim se je razvil tako, da je funkcionalen samo, če sta prisotni obe domeni. Tudi pri tripanosomatidih in kvasovkah, kjer je encim monofunkcionalen, je zato še vedno zapis za obe domeni. V razvoju je prišlo do različnih izooblik v različnih tkivih oziroma organizmih zaradi drugačnih potreb za metabolizem glukoze. Ker PFK-2/FBPaza uravnava glikolizo in glukoneogenezo, bi lahko tarčno reguliranje encima postalo nov način zdravljenja diabetesa.
Martina Lokar: Biotinilacija proteinov
Biotin je pomemben encimski kofaktor, saj olajša prenos karboksilne skupine med metaboliti pri karboksilaciji, dekarboksilaciji in transkarboksilaciji. Biotin protein ligaza (BPL) ga v procesu biotinilacije veže na tarčni biotin-odvisen encim. Biotinilacija je dvostopenjski proces, pri katerem pride v prvem koraku do ligacije biotina in ATP ter nastanka intermediata biotinil-AMP. V drugem koraku se biotin iz biotinil-AMP veže na tarčni encim in pride do sprostitve molekule AMP. Ker je biotin v naravi redek, organizmi natančno uravnavajo njegovo porabo. Evkarionti so nezmožni sami sintetizirati biotin, zato ga pridobivajo iz okolja. Zadostno količino ohranjajo v biotinskem ciklu z reciklacijo biotina iz biotin-odvisnih encimov. Pri metaboličnih procesih sesalcev sodeluje pet biotin-odvisnih karboksilaz, ki so v splošnem zgrajene iz treh domen: domene BC, domene CT in domene BCCD. Biotin je kovalentno vezan na lizinski ostanek v domeni BCCD in se preko modela zibajoče roke ali modela zibajoče domene med katalizo translocira iz domene BC v domeno CT. Karboksilaze katalizirajo reakcijo prenosa karboksilne skupine na substrat v dveh korakih. Najprej se v domeni BC karboksilna skupina veže na biotin. Slednji se nato premakne v domeno CT, kjer se karboksilna skupina iz biotina prenese na substrat. Če telo ni sposobno uravnavati in izkoriščati zaloge biotina, človek oboli za boleznijo MCD.
Lara Drinovec: AMPK in avtofagija pri glukoznem/glikogenem metabolizmu
Glukozni/glikogeni metabolizem je primarna metabolična pot, ki je uravnavana na najrazličnejših nivojih, glede na potrebe celice. Znano je, da raven glukoze v krvi uravnavata dva hormona: inzulin, ki omogoča prevzem glukoze v celico in glukagon z nasprotno učinkovitostjo. Metabolni regulator, ki deluje od inzulina neodvisno in se odziva na krčenje mišic, je AMPK (AMP-aktivirana protein kinaza). Aktivira jo lahko AMP, tako da se veže na vezavno mesto na eni izmed treh podenot AMPK. Spremembo koncentracije AMP lahko AMPK zazna hitreje kot spremembo koncentracije ATP. Aktivirana AMPK inhibira anabolne poti in aktivira katabolne procese, ter tako vzdržuje energijsko homoestazo v aktivnih celicah. Pomembno vlogo pri vzdrževanju nivoja glukoze v celici igra tudi avtofagija, ki povzroči razgradnjo hranilnih snovi, kot so glikogen in lipidne kapljice, s tem zagotovi celici zadostno količino glukoze, in tako deluje kot nadomesten proces za glukoneogenezo. Tudi ta proces je v celicah uravnavan, in sicer z različnimi signalnimi molekulami. Mnogo bolezni, kot sta na primer diabetes in rak, sta tesno povezani z nefunkcionalnostjo nekaterih metaboličnih senzorjev ali avtofagije, zato je razumevanje njihovih funkcionalnih interakcij osnova za nove terapevtske možnosti.
Tina Kolenc Milavec: Intermediati Krebsovega cikla kot signalne molekule pri vnetnem in protivnetnem odgovoru
Intermediati Krebsovega cikla imajo v celici pomembno vlogo, saj ne služijo le kot vmesni produkti v procesu nastanka molekul ATP, temveč tudi kot prekurzorji za sintezo drugih biološko pomembnih molekul ter kot signalne molekule v številnih metaboličnih poteh. Ko se na tolične receptorje (TLR4) na površini makrofaga vežejo s patogeni povezani molekulski vzorci, pride v celici do preklopa metabolizma z oksidativne fosforilacije na glikolizo za namene pridobivanja energije v obliki ATP, kar neposredno vpliva na vnetno stanje v celici. Krebsov cikel, ki sedaj nima več vloge zagotavljanja energije celici, se prekine na dveh mestih: za sukcinatom ter pri izocitrat dehidrogenazi, kar omogoči, da intermediati citratnega cikla delujejo kot signalne molekule. Pri vnetnem odzivu organizma na patogene sta zelo pomembna sukcinat in citrat. Prvi povzroči povišanje koncentracije Hif1α v celici ter nastanek reaktivnih kisikovih spojin (ROS) zaradi vzvratnega elektronskega transporta, citrat pa deluje kot substrat za verigo reakcij, ki prav tako vodijo do nastanka ROS. Pri ponovni vzpostavitvi normalnih razmer v celici po uspešni odstranitvi patogenov pa ima pomembno vlogo itakonat - molekula, ki nastane iz cis-akonitata. Ta vpliva na tri pomembne molekule (sukcinat dehidrogenazo, Nrf2 ter ATF3), ki sprožijo vsaka svojo kaskado reakcij protivnetnega odgovora.
Valeriya Musina: Vpliv intermediatov Krebsovega cikla na celične procese
Krebsov cikel je bil oblikovan osedemdeset let nazaj, vloge njegovih inermediatov, zlasti sukcinata in fumarata, pa so bile odkrite nedavno. V zadnjem času so bile narejene številne raziskave človeških bolezni, zlasti niza specifičnih vrst raka, ki so razkrile pomembne vloge intermediatov Krebsovega cikla pri metilaciji genov in s tem pri preoblikovanju celic. Intermediati Krebsovega cikla lahko delujejo kot primarni substrati, signalne molekule ali sodelujejo pri posttranslacijskih modifikacijah. Vedno več dokazov kaže, da ima epigenetika pomembno vlogo pri regulaciji dobe zdravja, in je vključena v proces staranja. 2-oksoglutarat (α-ketoglutarat) je ključni metabolit v Krebsovem ciklu, vendar je tudi obvezen substrat za 2-oksoglutarat odvisne dioksigenaze (2-OGDO). Družina encimov 2-OGDO vključuje glavne encime za demetilacijo DNA in histonov, encime Ten-Eleven translocation (TETs) in encime z domeno Jumonji C (JmjC). Poleg tega lahko člani družine 2-OGDO regulirajo sintezo kolagena in odzive na hipoksično okolje tudi na neepigenetski način. 2-oksoglutarat je substrat 2-oksoglutarat dehidrogenaz (2-OGDH), zato lahko motnje v funkciji 2-OGDH v Krebsovem ciklu povzročijo globalne degenerativne spremembe v strukturi kromatina. Sukcinat in fumarat močna inhibitorja 2-OGDO encimov, zato ravnotežje reakcij v Krebsovem ciklu lahko vpliva na raven metilacije DNA in histonov ter tako nadzira izražanje genov.
Marko Pavleković: Vloga sukcinata kot ligand z G proteini vezanega receptorja GPR91
Znano je, da je cikel citronske kisline osrednjega pomena za presnovo celic in energetsko homeostazo. Vendar marsikateri intermediat cikla igra vlogo tudi v drugih procesih v telesu. Na primer sukcinat deluje kot ekstracelularni ligand z vezavo na z G proteinom vezan receptor, znan kot GPR91, izražen v ledvicah, jetrih, srcu, retinalnih celicah in morda v številnih drugih tkivih, kar vodi do širokega nabora fizioloških in patoloških učinkov. V normalnih pogojih se sukcinata ne sintetizira dovolj, da bi lahko aktiviral GPR91, šele v pogojih kot so ishemija, diabetes in hipoksija, sukcinata nastane dovolj. Ker pa sukcinat nastaja v matriksu mitohondrija mora na poti do receptorja, ki se nahaja na zunanji strani celic, prečkati še tri membrane. Skozi GPR91 je sukcinat vključen v funkcije, kot so uravnavanje krvnega tlaka, zaviranje lipolize v belem maščobnem tkivu, razvoj vaskularizacije mrežnice, srčna hipertrofija in aktivacija zvezdastih jetrnih celic z ishemičnimi hepatociti. Zaradi tega je sukcinatni receptor obetajoč cilj za zdravila za preprečevanje teh neželenih patoloških učinkov. Nedavni razvoj antagonistov, specifičnih za SUCNR1, odpira nove možnosti za raziskave v modelih za te motnje in lahko sčasoma zagotovi nove možnosti za zdravljenje bolnikov.
Klementina Polanec: Sirtuini kot regulatorji oksidacije maščobnih kislin
Sirtuini so družina visoko ohranjenih proteinov (SIRT1-SIRT7 pri sesalcih), ki imajo regulatorno vlogo v metabolizmu in staranju. Delujejo kot regulatorji oksidacije maščobnih kislin v odgovor na številne strese za celico, kot so omejitev kalorij, postenje, mraz. Ker se zniža nivo ATP v celici in je glukoze premalo, se poveča razgradnja glikogena, hkrati pa se pospeši oksidacija maščobnih kislin v mišicah in jetrih. Do nedavnega je veljajo prepričanje, da je aktivnost sirtuinov odvisna le od koncentracije NAD+ v celici. Raziskovalci so pred kratkim dokazali, da se lahko SIRT1 aktivira tudi s fosforilacijo, ki jo izvede protein kinaza A (PKA). Ko so sirtuini aktivirani, delujejo v glavnem kot deacetilaze številnih encimov, s čimer jih aktivirajo. SIRT1 tako deacetilira PGC1α, ki pospeši izražanje tarčnih genov, ki so povezani z oksidacijo maščobnih kislin. SIRT3 pa odvisno od koncentracije NAD+ deacetilira in s tem aktivira LCAD (long-chain acyl-CoA dehydrogenase). To je pri miših ključen encim, ki sodeluje v oksidaciji dolgoverižnih maščobnih kislin. S pospešeno oksidacijo celica dvigne nivo ATP in ponovno vzpostavi homeostazo. Sirtuini so zato lahko potencialna tarča za zdravljenje motenj v oksidaciji maščobnih kislin ter tudi za preprečevanje prekomerne teže oziroma debelosti.
Tadej Medved: Vpliv oksidacije maščobnih kislin na usodo celic
Usodo celic, tj. končne lastnosti, ki jih bo celica izražala po razvoju in diferenciaciji, določajo številni procesi. Mednje spada tudi metabolična β-oksidacija maščobnih kislin. Izkaže se, da je količina acetil-CoA, pridobljena preko oksidacije maščobnih kislin, pogosto odločilni dejavnik za izražanje lastnosti določenih tipov celic; do sedaj je bil ta vpliv raziskan v endotelijskih celicah limfnih žil in srca ter v limfocitih T. Ključna regulacija oksidacije MK se prične pri izražanju encima CPT1, ki omogoča transport maščobnih kislin v mitohondrij. V srčnem endoteliju vpliva ta proces na pretvorbo endotelijskih celic v mezenhimske, in sicer zaradi TGF-β signalizacije, ki z inhibicijo metabolizma MK sproži spremembe celičnih lastnosti v mezenhimske. V endoteliju limfnih žil je oksidacija MK pomembna za vršenje limfangiogeneze, tj. tvorbe novih limfnih žil s proliferacijo in diferenciacijo obstoječih limfnih endotelijskih celic. Ta proces je odvisen od signalov VEGF-C in PROX1; slednji poveča izražanje CPT1 in pripravi celico do migracije in proliferacije. Količina acetil-CoA je relevanten dejavnik za diferenciacijo in dolgoživost spominskih T celic, povezana pa je preko aktivacije AMPK s signalno molekulo TRAF6. V T celicah na sploh pa močno učinkuje PD-1, ki pospeši tako hidrolizo MK kot tudi njihovo oksidacijo in omogoča preživetje teh celic v pogojih, kjer niso sposobne sprejemanja drugih hranilnih snovi, kot je glukoza.
Rebeka Dajčman: Metabolizen, signalizacija in farmakološka funkcija ketonskih teles
ketonska telesa nastanejo kot stranski produk pri presnovi maščobnih kislin. mednje sodijo acetoacetat, aceton in najobstojnejši beta hidroksibutirat. njihova sinteza se poveča, ko telesu primanjkuje ogljikovih hidratov. to je med stradanjem, po športni aktivnosti, med nosečnostjo ali med ketonsko dieto. v seminarski nalogi bom predstavila metabolično bot ketonskih teles. od sinteze v jetrih do njihovega transporta v ostala tkiva. to so predvsem skeletne mišice, srce in možgani ter njihovo oksidacijo nazaj v acetil-CoA. sinteza ketonskih teles je regulirana s transkripcijsko in post-translacijsko regulacijo. pri tem gre predvsem za regulacijo encimov, ki sodelujejo v sintezi in razgradnji teles. ketonska telesa pa imajo vlogo regulacije dveh membranskih receptorje ali histonske deacetilaze. ketonska telesa se že desetletja uporabljajo v zdravljenju nevrodegenerativnih bolezni in v tej smeri tudi tečejo prihodnje raziskave
Sumeja Kudelić: Transsulfuracijska pot kot obrambni mehanizem celic pri oksidativnem stresu
Transsulfuracijska pot, kot novo raziskovalno področje nam podarja veliko pozitivnih načinov v boju proti oksidativnemu stresu. Oksidativni stres, kot negativni dejavnik celic s svojimi reaktivnimi kisikovim zvrsti, poškoduje različne celične organele, kar vodi do celične smrti. Pri transsulfuraciji poti je ugotovljeno, da bistveni pomen ima cistein y-liaza, ki je biosintetični encim cisteina. Pri razgradnji cisteina lahko pridobimo vodikov sulfid (H2S), ki je v zelo majhnih koncentracijah pomemben signalizator celice. Več mehanizmov pozitivnega delovanja transsulfuracije poti (posredne ali neposredne) je raziskano, te so prišli do rezultatov, ki bi lahko pomagali pri izboljšanem terapevtskem zdravljenju nevrodegenerativnih bolezni, ki so povezane z metabolizmom aminokislin. Važno je iztakniti, da s pomočjo tega mehanizma ali z njeno inhibicijo bi tudi vplivali na bakterijsko smrt. Saj se pri bakterijah razvila obrambna stimulacija transsulfuracijske poti, pri čemer so bakterije postale 'imune' na antibiotike. Vodikov sulfid kot pomemben dejavnik transsulfuracijske poti vpliva na to, da veže proste ione, ki bi lahko v oksidativnih pogojih (H2O2) reagirali s to spojino. Kot posledica reakcije nastanejo prosti kisikovi radikali, ki poškodujejo celične organele. Nevrodegenerativne bolezni uporabljajo transsulfuracijsko pot kod pomemben vir aminokislin in tudi s tem preprečujejo, da so njihove celice izpostavljene oksidativnemu stresu.
Matija Ruparčič: Ureaze in njihova vloga v živih bitjih
Ureaze so metaloencimi, ki katalizirajo hidrolizo uree oziroma sečnine. Pri tem nastaneta dve molekuli amoniaka ter ena molekula ogljikovega dioksida. Najdemo jih v veliko organizmih kot so rastline, glive in bakterije. Le živali jih nimajo, saj se pri njih sečnina tvori kot odpadni produkt. Strukturno se razlikujejo glede na vrsto organizma, zapis za njihove sestavne dele pa se skriva v velikem številu genov. Za organizme, ki jih vsebujejo, predstavljajo ključen faktor za življenje. S pomočjo njih lahko bakterije Helicobacter pylori preživijo v ekstremno kislih razmerah želodca, bakterijam Proteus mirabilis omogočajo tvorbo zaščitnih biofilmov, rastlinam pa zagotavljajo bogat vir dušika in jim pomagajo pri katabolizmu arginina. Pred kratkim pa so odkrili, da imajo poleg tega ureaze še druge naloge, ki niso povezane z njihovo katalitično sposobnostjo. Med te štejemo vlogo medcelične komunikacije pri lišajih, obramba pred oksidativnim stresom kot odgovor imunskega sistema in še veliko več. Poznamo jih sicer že skoraj 150 let, vendar o njih vemo še vedno relativno malo. Motivacija za njihovo preučevanje pa je velika, saj nam lahko pomagajo k napredkom na raznih področjih kot sta medicina in agronomija.
Maks Kumek: Vloga metabolizma arginina v celični regulaciji in erekcija
Izmed vseh intermediatov ureinega ciklusa je pravzagotovo arginin najbolj prepleten v razne regulacijske sisteme celice. Metabolične poti arginina so kompleksne in se mnogokrat prepletajo med seboj. Sinteza arginina poteka v različnih predelih telesa v ti. črevesno renalni osi. Pretvorba glutamina vse do citrulina poteka v celicah tankega črevesja. Citrulin se izloči v krvni obtok in potuje do ledvic, kjer se nadaljnjo sintetizira do argenina. Regulacija nastajanja produktov je tesno povezana z transportnimi regulatorji družine SLC7 ( CAT 1, CAT-2A, y+LAT, b0,+, CAT-2B) . Regulacija transporterjev ne poteka le na transkripcijskem nivoju temveč tudi na posttranslacijskem nivoju (npr. spermin). Kompleksnost s poglabljanjem le narašča.Vrste encimov, pri katerih igra arginin vlogo substrata so: arginaza, NOS (ang. nitric oxide synthase), arginin dekarboksilaza (ADC), arginin:glicil amidinotransferaza. Posebno pomembnost ima NOS,ki so trije izocimi: iNOS, nNOS, eNOS. Ti trije encimi so prostorsko in regulacijsko ločeni med seboj, vendar pa je moč tudi pri njih zapaziti prepletanje delovanja v procesu, kot je erekcija.Razumevanje vloge metaboličnih produktov arginina v celic pomaga razumeti širšo sliko imunološkega odziva, preprečevanje bolezenskih stanj (npr. impotence) in konec koncev pomaga tudi pri razumevanju lastnega telesa.
Anže Šumah: Delovanje proteina termogenina in njegov pomen pri termogenezi
Ohranjanje stalne telesne temperature je za toplokrvne organizme življenjskega pomena. Eden izmed mehanizmov termoregulacije je termogeneza – proizvodnja toplote. Pri sesalcih se je razvilo posebno tkivo, katerega osnovna naloga je termogeneza. To je rjavo maščobno tkivo, ki je pomembno predvsem za majhne sesalce, pri ljudeh pa se v večji meri pojavlja pri novorojenčkih. V notranji membrani mitohondrijev tega tkiva se nahaja protein termogenin, imenovan tudi UCP1, ki energijo protonskega gradienta, nastalega pri dihalni verigi, porabi za proizvodnjo toplote, namesto da bi se le-ta porabila za sintezo ATP. Glavni regulatorji termogenina so proste maščobne kisline in purinski nukleotidi, pri čemer delujejo prve kot aktivatorji, slednji pa kot inhibitorji. Sam mehanizem prenosa protonov iz medmembranskega prostora v matriks še ni popolnoma jasen, sta se pa uveljavila dva modela. Prvi predpostavlja, da deluje termogenin kot simporter maščobnih kislin in protonov. Drugi model pa ugotavlja, da je termogenin uniporter za maščobne kisline, katere prenaša v medmembranski prostor. Tam se protoni vežejo na njih in lahko tako skupaj difundirajo skozi membrano. Ker številni znanstveniki menijo, da bi lahko uporabili izsledke o delovanja in regulacije termogenina v boju proti debelosti in z njo povezanih bolezni, je pomembno, da se raziskave na tem področju nadaljujejo.
Liza Praznik: Dinamična strukture mitohondrija za opravljanje raznolikih funkcij
Sposobnost opravljanja raznolikih funkcij mitohondrija je posledica dveh prilagodljivih membran znotraj njega. Tvorita dinamičen organel s sposobnostjo nenehnega spreminjanja svoje oblike. Za to so zadolženi proteini MTC (mitochondria shaping proteins), ki so zasidrani v obeh membranah, od koder skrbijo za pravilno urejenost mitohondrija, primer takšnih proteinov je OPA1, MTF1 in MTF2, Drp1 ter proteinski kompleks MICOS. Najzaznavnejše so spremembe v mitohondrijskih kristah, ki jih tvori notranja membrana. Gre za kompartment, bogat s proteini, preko katerega je regulirana struktura mitohondrija. Ta organel se deli neodvisno od celice, v kateri se nahaja, razvil je lasten življenski cikel mitohondrija. Gre za nenehne procese fuzije (spajanje) in fizije (cepitve), preko katerih mitohondrij uravnava število organelov, hkrati pa izloča in razgradi tiste dele, ki delujejo nepravilno oziroma so poškodovani. S tem istim mehanizmom se odzove tudi na različno količino hranil, ki je celici na voljo. V presežkih razpade na krajše fragmente, v primankljaju pa tvori podaljšano obliko z večjo gostoto krist, v katerih pospešeno nastaja ATP. Takšno obliko tvori tudi kot odgovor na avtofagijo in se zato ne razgradi, temveč preskrbi celico z energijo. Pomemben je odgovor mitohondrija na apoptozo, signal zanjo povzroči spremembe v delovanju proteinov, OPA1 se razpre in citokrom c se iz krist je preko kanalčkov sprosti v citosol.
Barbara Jaklič: Vloga proton-črpajočega rodopsina pri fotofosforilaciji in drugih procesih odvisnih od protonske gonilne sile
Poznamo več vrst rodopsinskih kompleksov: signalni pretvorniki, ionske črpalke in protonske črpalke. Slednje sestavlja 7 transmembranskih alfa vijačnic, z vmesnimi kratkimi zankami. V sredini je na aspartatni kislinski ostanek s svojim N-koncem vezana molekula retinala. Retinal je večinoma edini pigment v proton črpajočih rodopsinih (PPR), njegova vijolična barva se odraža v barvi celotnega kompleksa. Retinal je tudi ključnega pomena za delovanje PPR, saj absorpcija fotonov povzroči njegovo konformacijsko spremembo in s tem črpanje protonov skozi membrano. V eni od vrst PPR imenovani ksantorodopsini so prisotni antenski pigmenti keto-karotenoidi, ki razširijo absorpcijski spekter, saj je v osnovi omejen na ozek pas zeleno-modre vidne svetlobe. Potencialna uporaba PPR v genskem inženiringu je usmerjena predvsem v heterologno ekspresijo v gostiteljskih celicah, s katero lahko v heterotrofne organizme uvedemo avtotrofijo ali pa PPR izrazimo le kot dodaten vir črpanja protonov, saj so številni metabolični procesi odvisni prav od protonske gonilne sile. Rodopsinski proton-črpajoči kompleksi so dokazano manj učinkoviti za ustvarjanje protonskega gradienta kot klorofilni, ker lahko v enem fotociklu prečrpajo največ en proton, vendar je njihova heterologna ekspresija bolj preprosta, ker jih poleg genov za sam rodopsin kodira samo 5 dodatnih genov za biosintezo retinala.
Gašper Anton Komatar: Telesna aktivnost poveča učinkovitost mitohondrijskega sistema in zviša raven telesne energije
Človek, kot heterotrofen organizem, mora energijo za delovanje dobiti iz energijsko bogatih molekul, ki jih je nekoč pridelal avtotrof. Zaužito hrano prebavi in transportira v celice, kjer sledi zaključek katabolizma. Metabolni poti glukoze in maščobnih kislin, kot glavnih virov energije za človeka, se združita v mitohondriju v krebsovem ciklu in zaključita z dihalno verigo. Tam proizvede večino kemijske energije za uravnavanje procesovp, potrebnih organizmu. Pri tem je zanimivo, da povprečen človek naše predebele družbe zaužije več energijsko bogatih hranil, kot jih porabi, a je kljub temu večino časa utrujen, brez energije... Kaj v metabolizmu snovi gre torej narobe, da se kljub presežku energije shranjene v našem telesu tako počutimo? Kako je možno, da sedeč človek, ki se počuti, kot da je popolnoma brez energije, v naslednjem hipu teče na avtobus? Znanstveniki so ugotovili, da se ob daljši fizični neaktivnosti učinkovitost mitohondrijev drastično zmanjša in v obdobju povečane aktivnosti izboljša. Vzrok je v tem, da telo med aktivnostjo potrebuje več energije kot ponavadi. Zato pospeši razgradnjo poškodovanih, neefektivnih mitohondrijev, pospeši mitohondrijske biosintetske poti ter njihovo fuzijo in sistem mitohondrijev po taki spremembi je bolj efektiven. Še bolj zanimivo je, da se telo prilagodi redni telesni aktivnosti in tudi v mirovanju proizvaja več energije.
Lara Hrvatin: Mehanizmi koncentriranja ogljika
Ribuloza-1,5-bisfosfat karboksilaza/oksigenaza ali krajše Rubisco je ključnega pomena za fiksacijo ogljikovega dioksida v energetsko bogate molekule. Kot bifunkcionalen encim lahko katalizira karboksilacijo ali oksidacijo ribuloze-1,5-bisfosfata. V primeru, da deluje kot oksigenaza, pride do sprostitve CO2 ob porabi O2 in sončne energije pri procesu fotorespiracije. V naravi so se razvili različni mehanizmi koncenrtiranja ogljika v bližini Rubisca kot odgovor na neugodne razmere. Najdemo jih pri rastlinah, ki naseljujejo topla in suha področja, saj je tam povečana oksigenazna aktivnost Rubisca. Med slednje spadajo C4 rastline, ki fiksirajo ogljikov dioksid v obliki bikarbonata v oksaloacetat. Razvile iz navadnih C3 rastlin, ki fiksirajo ogljikov dioksid v 3-fosfoglicerat. Mehanizmi koncentriranja ogljika so prisotni tudi pri algah in cianobakterijah, ki imajo kot vodni organizmi na razpolago več bikarbonata kot ogljikovega dioksida. Alge in cianobakterije imajo na membranah različne transporteje anorgaskega ogljika, ki črpajo bikarbonat, tega pa karbonske anhidraze pretvorijo v ogljikov dioksid v bližini Rubisca. Vse cianobakterije imajo tudi karboksisome in nekatere alge piranoide. Karboksisomi in piranoidi so mikrokompartmenti, v katerih je zbran Rubisco skupaj s karbonskimi anhidrazami. Zmanjšanje oksigenazne aktivnosti Rubisca (oziroma izgub pri fotorespiraciji) v rastlinah pomembnih za poljedelstvo je v zanimanju raziskovalcev že desetletja. Ena od potencialnih strategij, kako to uspeti, je vpeljava mehanizmov koncentriranja ogljika, ki bi povečali karboksilazno aktivnost Rubisca.
Sonja Gabrijelčič - Biosinteza bakterijske celuloze
Od vseh bioloških polimerov je na svetu največ celuloze. Organizme, ki jo sintetizirajo, najdemo v skoraj vseh kraljestvih živega. Celuloza je sestavljena iz monomernih enot D-glukoze, povezanih z acetalnimi vezmi med C1 in C4 glukopiranoznega obroča in stabiliziranih z vodikovimi vezmi. Bakterijsko celulozo odlikuje visoka kemijska čistost in kristaliničnost (ko opazujemo celulozo, urejeno v mikrofibrile, in ne amorfne oblike). Poleg tega je tudi lahka, močna, odporna in ima dobre absorpcijske sposobnosti. Biosinteza poteka v nekaj korakih – najprej iz D-glukoze dobimo UDP-glukozo, ki jo nato polimerizira encim celulozna sintaza (CeS). Osrednji katalitični del CeS je močno ohranjen, praktično enako strukturo najdemo v bakterijah in rastlinah. Je integralni membranski encim, ki katalizira reakcijo glikoziltransferaze – prenese glukozno enoto z UDP-glukoze na nastajajoči glukozni polimer. Obenem del katalitične domene tvori tudi transmembranski kanalček, saj sinteza poteka v celici, produkt pa mora celica premakniti v ekstracelular. Dodajanje novih enot na polimerno verigo je procesivno, torej potekajo reakcije polimerizacije ena za drugo, ne da bi se vmes substrat odpel. Ecim mora zato po vsaki opravljeni katalizi podaljšani polimer premakniti za eno enoto ven iz celice – nazadnje dodano glukozno enoto mora postaviti tako, da je na mestu akceptorja in se nanjo v naslednji reakciji lahko doda nova glukozna enota. Aktivnost CeS nadzoruje majhna regulatorna molekula ciklični digvanilat (c-di-GMP), ki je alosterični aktivator tega encima.
Anastasija Nechevska: Biosynthesis of bacterial peptidoglycan and inhibition by β-lactam antibiotics
The peptidoglycan biosynthetic pathway is one of the most studied anabolic pathways today. Many years of scientific research have led humans to not only better understanding of how the bacterial cell wall enzymes act, but also discovering the main structures and functions of many proteins and complexes involved in this process. Considering that nowdays we find ourselves in an inescapable and ongoing battle with pathogenic bacteria that constantly evolve, it is therefore almost necessary to understand the biochemistry of bacterial cell in order to protect ourselves from diseases caused by them. Here is an overview of how β—lactam antibiotics, as most widely used group of antibiotics act on inhibiting cell wall biosynthesis in the bacterial organism, in order for us to better understand how are treated the most of bacterial infections. Constant update and furthermore research of this biosynthetic pathway where bacteria orchestrate the building and maintenance of their protective sacculus, leads hope of inventing new effective antibiotic strategies that will reduce the rate of today’s global health problem of antibiotic resistance.
Maja Škof: Sinteza sfingolipidov
Sfingolipidi so kompleksna in številčna družina membranskih lipidov, ki so pomembna komponenta plazmaleme, sodelujejo pa tudi kot signalne molekule ali receptorji. Njihovo zgradbo razdelimo na tri glavne komponente: sfingozin ali eden njegovih derivatov, maščobna kislina in polarna molekula. Glede na vrsto polarne molekule jih razvrstimo v eno od treh skupin- sfingomieline, glikosfingolipide in gangliozide. Prva stopnja v sintezi tipičnih sfingolipidov je kondenzacija palmitoil-CoA in serina s sledečo redukcijo, pri čemer nastane molekula sfinganin. Sledita vezava maščobne kisline in desaturacija; nastane ceramid, ki predstavlja nekakšno središče pri metabolizmu sfingolipidov. Dejansko gre za skupino molekul, ki se med seboj razlikujejo v dolžini in nasičenosti maščobne kisline. Do te točke sinteza poteka v ER, nato se ceramidi transportirajo v Golgijev aparat, kjer se nanje vežejo polarne molekule. Z vezavo fosfoholina ali fosfoetanolamina nastanejo sfingomielini, z vezavo ene ali več sladkornih komponent glikosfingolipidi, če pa se na ceramid veže oligosaharid z eno ali več sialično kislino, je nastal gangliozid. Večina reakcij pri sintezi sfingolipidov lahko teče tudi v nasprotno smer- z razgradnjo kompleksnejših sfingolipidov se tvori ceramid, ki se lahko porabi za sintezo drugih sfingolipidov, ki jih celica bolj potrebuje.
Liza Ulčakar: Vloga interakcij med lipidnimi kapljicami in organeli v celici
Lipidne kapljice so intracelularne strukture, prisotne v vseh evkariontih. Sestavljene so iz hidrofobnega jedra in fosfolipidnega monosloja. Zaradi te edinstvene strukture imajo tudi zelo specifičen proteom, saj se niso zmožni vsi proteini vsidrati v monosloj. Kapljice se preko stikov z drugimi organeli aktivno vključujejo v metabolizem celice. Z ER tvorijo lipidne mostičke, preko katerih ER daruje nekatere proteine kapljici. najbolj znan protein na stiku je seipin, ki nadzira rast kapljic, izbirno kontrolira transport proteinov po mostičkih ter utrjuje mostiček. Lipidni mostički naj bi bili biosintetski ostanki tvorbe lipidnih kapljic, lahko pa se tvorijo tudi de nuovo, s pomočjo kompleksa ARF1/COPI. Interakcija kapljic z vakuolo (v kvasu) oz lizosomom (pri sesalcih) je pomembna, ko celici primanjuje hranil. V kvasu poteka mikrolipofagija, pri kateri se kapljice zlijejo z vakuolo, ki hidrolizira lipide, v sesalcih pa poteka makrolipofagija, pri kateri se tvori avtofagosom, ki se nato združi z lizosomom. Ko celici primanjkuje glukoze, tvorijo kapljice direktne stike z mitohondriji. Najprej se morata organela "najti", pri tem pa jima pomaga AMPK. V kvasu poteka beta oksidacije samo v peroksisomih. Ti s kapljicami tvorijo lipidna mostičke, preko katerih z notranjim slojem membrane vdrejo v notranjost kapljice. Znanje o interakcijah lipidnih kapljic z drugimi organeli je pomembno pri razumevanju nekaterih patoloških stanj, kot so diabetes, lipodistrofija, debelost in drugi.
Ajda Godec: Biosinteza levkotriena B4
Levkotrieni sodijo v družino biološko aktivnih molekul, ki se nahajajo v celicah, sodelujočih predvsem pri odzivu na imunološki stimulus (levkociti, makrofagi, tkivni bazofilci). Odgovorni so za vrsto bioloških pojavov, kot so npr. krčenje bronhialnega gladkega mišičevja, stimulacija vaskularne permeabilnosti (prepustnosti), aktivacija in usmerjen transport levkocitov do tarčnih celic. Po kemijski zgradbi sodijo med eikozanoide. Levkotrien B4 - LTB4 se sintetizira v belih krvničkah, predvsem v monocitih in nevtrofilcih, kot produkt encimsko katalizirane reakcije encima LTA4H in molekule LTA4 (levkotriena A4). Celotna biosintezna pot LTB4 vključuje kot primarni prekurzor arahidonsko kislino, ki se pod vplivom delovanja fosfolipaze A2 odcepi iz fosfolipidne membrane. Molekula arahidonske kisline se v teku 3 encimsko kataliziranih reakcij, s strani 3 različnih encimov, in sicer 5-LOX, ( 5-lipokisgenaza ), in ogrodnega FLAP proteina (5-lipoksigenazno aktivirajočega proteina) ter bifunkiconalnega encima LTA4H (levkotiren A4 hidrolaza/ aminopeptidaza) pretvori v molekulo LTB4. Glavna funkcija levkotriena B4 je aktivacija sinteze celic vnetnega odziva (nevtrofilcev) in molekul (citokinov) in jih transport nevtrofilcev do tarčnih. Pri alergijskem renitisu povzroči aktivacijo nevtrofilcev. Vendar pa lahko hiperprodukcija levkotrien B4 vodi do mnogih kroničnih bolezni in sindromov, kot so: artritis, kardiovaskularne bolezni, nekatere vrste rakavega obolenja, metaboličnih motenj.
Neža Blaznik: Biosinteza in vloga kreatina v mišicah in živčnem sistemu
Kreatin je v človeškem telesu naravno prisotna dušikova organska kislina. Pod vplivom dveh encimov, arginin glicin amidinotransferaze (AGAT) in gvanidinoacetat metil transferaze (GAMT) se sintetizira iz arginina, glicina in metionina. Glavna mesta sinteze so jetra, ledvice, trebušna slinavka in v manjši meri tudi možgani. Kreatin se v največji meri nahaja v mišicah, kamor se transportira po krvi prek kreatinskih transporterjev SLC6A8. Pod vplivom encima kreatin kinaze se pretvori v fosfokreatin, s katerim imata predvsem v mišicah pomembno vlogo pri hitri obnovi ATP ter vzdrževanju ugodnega razmerja ATP/ADP. Vsak dan se spontano pretvorita v kreatinin, ki se izloči z urinom. Zaloge kreatina obnavljamo z endogeno sintezo in vnosom hrane bogate s kreatinom ali dodatkom izolirane oblike kreatina v obliki kreatin monohidrata, česar se poslužujejo predvsem športniki, ki zaradi hitrejše regeneracije ATP zaznajo povečanje moči, eksplozivnosti ter hitrejšo regeneracijo. V zadnjih letih pa se znanstveniki osredotočajo tudi na nepogrešljivo vlogo kreatina v živčnem sistemu, kjer sodeluje pri vzdrževanju visokih energijskih nivojev in nevtrotransmisiji, ima pa tudi nevroprotektivni in antioksidativni učinek. Živčni sistem lahko nekaj kreatina sprejme iz krvi, večinoma pa ga za svoje potrebe sintetizirajo tudi določene živčne celice. Pomanjkanje encimov sinteze ali kreatinskih transporterjev vodi do raznih psiholoških bolezenskih stanj.
Urša Štrancar: Metabolizem serina in glicina pri raku
Vse celice tako rakave kot normalne za svoje pravilno delovanje in odzivnost potrebujejo natančno usklajene in regulirane metabolne poti. Že dlje časa vemo, da se metabolizem rakavih celic nekoliko razlikuje od tistega pri zdravih celicah. Raziskave so pokazale, da imata predvsem aminokislini serin in glicin v rakavih celicah veliko večjo vlogo pri uravnavanju metabolizma kot v zdravih celicah. Biosinteza serina in glicina sta zelo povezani. Tako pri pretvorbi serina v glicin kot pri razgradnji glicina pride do oddaje eno-ogljične skupine (»one-carbon unit«), ki se prenese v t.i. eno-ogljični metabolizem (»one-carbon metabolism«). Eno-ogljični metabolizem sestavljata dva cikla, folatni ter cikel metionina, ki sta med seboj povezana. Tak bicikličen metabolizem je zelo pomemben, saj nastajajo ob prenosu eno-ogljične skupine različne makromolekule, ki so biosintetsko ključne in omogočajo nastanek ostalih končnih produktov za celico (proteini, lipidi, nukleotidi…). Eno-ogljični bicikel tako omogoča rast in razmnoževanje celic. Na podlagi znanstvenih ugotovitev se zdravljenje rakavih obolenj razvija predvsem v smeri omejevanja vnosa ali sinteze serina in posledično glicina. Prav tako bi se lahko za ustrezno zdravljenje uporabilo specifične inhibitorje, ki bi zavirali določene metabolne poti in tako zmanjšali/povečali nastajanje intermediatov, ki zavirajo razvoj in rast tumorja.
Anamarija Agnič: Metabolne spremembe bakterij iz rodu Rhizobium v koreninskih mešičkih stročnic
Eno kmetijsko in ekološko pomembnejših sožitij predstavlja odnos med bakterijami iz rodu Rhizobium in rastlino iz družine stročnic, saj omogoča sklenitev kroženja dušika v biosferi. S procesom fiksacije dušika, ki se vrši v visoko specializiranem organu – koreninskem mešičku oz. nodulu – simbioza letno doprinese približno 40 milijonov ton oz. okoli 70 % vsega biološko uporabnega dušika, ki ga organizmi nadalje uporabijo za biosintezo celičnih sestavin kot so aminokisline, nukleotidi, hormoni, koencimi, alkaloidi, porfirini, antibiotiki, pigmenti, nevrotransmiterji in drugi. Bakterija rastlino v zameno za reduciran ogljik in večino ostalih za metabolizem ključnih hranil preskrbuje z reduciranim dušikom. Da bi do organogeneze koreninskega mešička sploh prišlo, je potrebna kopica specifičnih signalov obeh simbiontov, ki se morajo ustrezno ujemati. Tovrstna specifičnost obvaruje rastlino pred vstopom morebitnih patogenih bakterij. Simbiontska fiksacija dušika zahteva precizno usklajenost bakterijskega in rastlinskega metabolizma. Tekom evolucije so simbiontske bakterije izgubile sposobnost lastne sinteze razvejanih aminokislin, kar je omejilo njihovo rast in vzpostavilo sožitje, ki ga lahko kontrolira rastlina. V citoplazmi rastlinskih celic koreninskega mešička se tekom vzpostavitve simbioze pojavi poseben protein leghemoglobin, ki z visoko afiniteto do kisika »obvaruje« za kisik labilno bakterijsko nitrogenazo. Pomembno vlogo pripisujemo tudi transporterjem, ki omogočajo prenos metabolitov med simbiontoma.
Asprozin je glikoproteinski hormon, ki je bil odkrit leta 2016 v belem maščobnem tkivu. Vsebuje 140 aminokislin in 3 oligosaharide na asparaginskih ostankih. Tridimenzionalna struktura asprozina je neznana in verjetno podobna dimernim glikoproteinskim hormonom. Znane so naslednje funkcije asprozina v človeku in pri drugih sesalcih: 1) zagotavlja zadostno količino energije iz hranil – sprošča hepatično glukozo v kri (glikogenoliza in glukoneogeneza – po delovanju podoben glukagonu) in spodbuja apetit v času lakote ali stradanja (deluje na nevrona AgRP in POMC v hipotalamusu, podobno kot grelin); 2) ima zaščitno funkcijo (podobno kot grelin) – protivnetno funkcijo (sproži antiinflamatorne citokine in ovira proinflamatorne citokine) in antioksidativno funkcijo (sproži antioksidativne encime proti reaktivnim kisikovim vrstam in drugim reaktivnim spojinam). Mehanizem delovanja asprozina na molekulski ravni je bil ugotovljen samo do sprožitve proteinske kinaze: gre za kaskadno os G-protein – adenilil-ciklaza – cAMP – proteinska kinaza A, nadaljnji potek kaskad pa je verjetno podoben tistim pri glukagonu ali grelinu. Receptorji asprozina, vezani na G-proteine, do danes niso bili identificirani. Pomembne motnje v homeostazi asprozina povzročajo resne zdravstvene težave in bolezni. Pomanjkanje asprozina je vzrok lipodistrofije, ekstremne shujšanosti in Marfanovega sindroma. Odvečni asprozin je etiološki dejavnik sladkorne bolezni tipa 2 in njenih zapletov, debelosti in hiperfagije. Obetajoče so možne terapije zaviranja asprozina (sladkorna bolezen, debelost) ali terapije z asprozinom (opekline, vnetja, srčne težave).
Laura Gašperšič: Delovanje leptina in grelina ter njuna vloga pri debelosti
V današnjem svetu predstavlja debelost vedno večji problem, saj je z njo povezanih kar nekaj bolezni. Do debelosti pride ob pozitivni energijski bilanci, kar pomeni, da je vnos energije večji od porabe. Pri tem ima pomembno vlogo več hormonov, med najpomembnejšimi sta leptin in grelin. Leptin je hormon, ki iz maščobnega tkiva pride v možgane, kjer sproži anoreksigen odziv (zavira apetit) in spodbuja metabolizem. Njegova koncentracija v krvi je sorazmerna s količino maščobnega tkiva, kar se sklada tudi z izmerjenimi povišanimi koncentracijami leptina pri debelih. Vendar pa pri debelosti pride do odpornosti na leptin, zato ne more učinkovito opravljati svoje funkcije zaviranja apetita. Poleg leptina je pomemben grelin, ki pa ima ravno nasproten učinek. Grelin je hormon, ki se izraža iz želodca in v možganih sproži oreksigen odziv (spodbuja apetit) in shranjevanje energije. Koncentracija grelina se pred obrokom poveča, po obroku pa zmanjša. Pri debelosti je nivo grelina nižji od normalnega, po obroku pa ne pride do zmanjšanja njegove koncentracije. Poleg odpornosti na leptin se namreč pri debelosti pojavi tudi odpornost na grelin, mehanizmi obeh pa so še nedefinirani. V prihodnje bodo zato potrebne nove raziskave mehanizmov, saj bi na njihovi podlagi lahko razvili učinkovite načine zdravljenja z debelostjo povezanih bolezni.
Nika Boštic: Delovanje glukokortikoidov pri GIOP
Glukokortikoidi (GC) so steroidni hormoni, ki poleg mineralokortikoidov spadajo med kortikosteroide. Glavne funkcije GC so regulacija metabolizma, imunskega odziva in razvoja. So tudi pomembni stresni hormoni. Delujejo prek vezave na jedrne receptorje glukokortikoidov (GR) in mineralokortikoidov (MR). GR so v odsotnosti liganda vezani v kompleks z drugimi proteini. Ko pa se vežejo nanje GC, pride do konformacijskih sprememb in translokacije GR v jedro, kjer inducirajo ali zavirajo transkripcijo genov. GC igrajo pomembno vlogo pri zdravljenju različnih bolezni zaradi imunosupresorskega in protivnetnega delovanja. Od 40. let prejšnjega stoletja so ena izmed najpogosteje predpisanih in najučinkovitejših terapij za zdravljenje inflamatornih in avtoimunih bolezni. Terapija z GC pa ima tudi negativne posledice, ena izmed njih je z glukokortikoidi inducirana osteoporoza (GIOP). GC prek GR spodbujajo sintezo nekaterih antagonistov kanonične Wnt poti in posledično inhibirajo izražanje OPG, proteina, ki zavira diferenciacijo in aktivnost osteoklastov, ter povečajo koncentracijo regulatorjev adipogeneze C/EBP in PPARγ. Posledica slednjega je preusmeritev osteoblastogeneze v adipogenezo. Prav tako GC spodbujajo izražanje proapoptotičnih genov in zavirajo transkripcijo antiapoptotičnih genov v osteoblastih. Delujejo pa tudi na druga tkiva: zmanjšajo mišično maso in zavirajo absorbcijo Ca2+ prek prebavnega sistema ter pospešujejo izgubo Ca2+ prek ledvic.
Jernej Imperl: Prostaglandini in vnetje
Eikozanoidi so zanimiv primer nesteroidnih lipidov, ki v telesu opravljajo signalno vlogo. Njihovo delovanje je predvsem kratkega dometa (parakrino) in pomaga pri regulaciji homeostaze, nekateri izmed njih pa imajo zanimivo vlogo tudi pri pomembnem in skrbno nadzorovanem procesu vnetja. Povezava prostaglandinov, enih izmed bolj znanih eikozanoidov, z vnetjem je bila ugotovljena že zelo zgodaj po njihovem odkritju: injiciranje prostaglandinov v tkivo povzroči simptome vnetja, v velikih količinah pa jih lahko najdemo prav na vnetem tkivu. Učinek se zdi na prvi pogled preprost, v resnici pa predstavlja zgolj vidno posledico zapletenega biokemijskega omrežja mediatorjev, ki so nenehno v reguliranem ravnotežju in skrbijo, da se vnetje prične, ko se pojavi goržnja, in ob pravem času tudi konča. Prostaglandini PGE2, PGI2 in PGF2-alfa imajo v telesu pretežno pro-vnetne vloge, medtem ko PGD2 deluje anti-vnetno, vsi pa so v nekaterih primerih zmožni obojega. Večina ugotovitev o posledicah posameznih prostaglandinov v kontekstu vnetja je bila ugotovljenih posredno, z opazovanjem simptomov induciranih bolezni, in šele nadaljnje raziskave bodo lahko pojasnile natančnejše molekularne interakcije. S kombinacijo posameznih ugotovitev takih raziskav lahko poskusimo sestaviti splošen pregled nad potekom vnetja.
Luka Gnidovec: Negenomski učinki steroidnih hormonov
Steroidi so lipidi, katerih glavni funkciji v organizmih sta vgrajevanje v membrane in signalizacija. Signalizacija steroidov je običajno genomska, pri čemer se hormon veže na receptor v citoplazmi ali jedru, ta pa nato dimerizira in direktno deluje kot transkripcijski faktor. Obstaja pa še drug, negenomski način delovanja steroidov. Tu se steroidi običajno vežejo na membranske receptorje, ki lahko izvirajo iz klasičnih receptorjev za negenomski odziv, ti pa sprožijo signalne kaskade. Končni produkti teh kaskad lahko direktno vplivajo na celično organizacijo in sestavo, lahko pa delujejo kot transkripcijski faktorji. Na tak način delujejo številni steroidi. Estradiol preko PI3k-Akt signalne kaskade regulira delovanje eNOS in tako deluje kot vazodilator. Poleg tega deluje anti-apoptotično in proliferativno. Vitamin D sicer ni steroid, vendar zaradi podobne zgradbe deluje na isto družino receptorjev. Negenomski odziv poteka preko aktivacije PKC, ta pa deluje kot aktivator ERK/MAPK signalne kaskade, ki regulira transkripcijo. Nevrosteroidi v CNS z negenomsko signalizacijo delujejo inhibitorno ali stimulatorno. Vežejo se na ionotropne receptorje, ter povzročijo depolarizacijo oz. pogosteje hiperpolarizacijo. Progesteron z negenomskim odzivom sproži akrosomsko reakcijo v glavici spermija, prav tako pa sproži razvoj oocita. Tudi za aldosteron je bilo ugotovljeno, da se ob vezavi sprožijo številne signalne kaskade, vendar je narava receptorja, ki regulira negenomski odziv, še neznana.
