TBK2015 Povzetki seminarjev

Nazaj na osnovno stran

Uroš Zavrtanik: Mehanizem popravljanja DNA: NER (faktor XPC)

Od samega nastanka naprej se življenje spopada s fundamentalnim problemom kemijske nestabilnosti genetske informacije, shranjene v DNA. Molekula DNA je izpostavljena številnim fizikalnim ter kemijskim dejavnikom, ki lahko vplivajo na njeno strukturo in posredno ali neposredno tudi na samo informacijo. Ker pa predstavlja ohranjanje informacije eden izmed ključnih in pomembnejših aspektov življenja samega, so se tekom evolucije razvili številni mehanizmi popravljanja DNA. Eden izmed teh mehanizmov je popravljanje DNA z izrezom nukleotidov (ang. Nucleotide Excision Repair-NER). NER je popravljalni proces za odstranjevanje in popravo večjih strukturnih nepravilnosti v strukturi DNA, ki so v glavnem posledica radiacije (UV, gama) ter okolijskih dejavnikov (specifične molekule, ki lahko strukturno poškodujejo DNA). NER predstavlja pri človeku edini mehanizem za popravljanje poškodb povzročenih zaradi UV radiacije. Največji izziv NER je, kako najti vse poškodovane dele DNA v celotnem genomu. Na podlagi eksperimentalnih ugotovitev raziskovalci ugotavljajo, da bi lahko bil ključ do uspeha naključna vezava proteina XPC (začetni faktor NER) na nespecifično mesto v DNA ter nato vzdolžna difuzija XPC do poškodovanega (specifičnega) mesta, kjer XPC za trenutek obstane, kar je signal za sprožitev popravljalnega procesa. Odkritje bi lahko predstavljalo generalni koncept mehanizma še vedno malo raziskane interakcije protein-DNA.

Gašper Virant: Vezava agonista na adenozinske receptorje lajša kronično bolečino

Kronična bolečina je posledica okvare živčevja. Ločimo nociceptivno kronično bolečino, ki jo povzroča draženje bolečinskih receptorjev (nociceptorjev) v tkivih notranjih organov ter mišičnoskeletnega sistema, in nevropatsko kronično bolečino, ki nastane kot posledica okvare, poškodbe ali motenega delovanja perifernega ali osrednjega živčevja . Najbolj uspešni pristopi lajšanja tovrstne bolečine temeljijo na uporabi mehanizma kalcijevih kanalčkov, opioidov, in adrenergikov. Pogosto pa imajo ta zdravila stranske učinke, ki nastopijo ob neprestani uporabi. Prav tako telo razvije toleranco do njih, kar pomeni, da je za enak učinek potreben vedno večji odmerek, kar vodi v zmanjšano učinkovanje zdravila. Kot močno ne-narkotično in ne-opoidno sredstvo za lajšanje tovrstne bolečine se je izkazal adenozin. Adenozin oz. nekateri še bolj selektivni agonisti se vežejo na zunajcelične adenozinske receptorje in s tem zmanjšajo zaznavanje bolečine. Adenozin v zunajceličem prostoru ni obstojen, vendar lahko njegovo življensko dobo podaljšamo z inhibicijo andenozin kinaz in deaminaz ter tako posledično podaljšamo tudi protibolečinsko delovanje. Visoko selektiven agonist z veliko afiniteto do A3 podskupine adenozinskih receptorjev bi tudi pomembno odpravil neželene stranske učinke.

Klara Lenart: Permanentno označevanje nevronskih povezav

Preučevanje nevronskih povezav je precej neraziskano področje. Za raziskave teh povezav uporabljajo proteine, najpogosteje skupino proteinov imenovano GCaMP, ki oddajajo fluorescenčno svetlobo kratek čas po zaznavi spremembe v koncentraciji kalcijevih ionov v celici. Skupina znanstvenikov z medicinskega inštituta Howard Hughes je razvila nov protein, imenovan CaMPARI(podoben je skupini GCaMP-jev), ki označuje aktivne nevrone glede na spremembo koncentracije Ca2+ v njih. Proteini, podobni CaMPARI-ju obstajajo že zadnjih 20 let, a posebnost novega proteina je permanentna fluorescenca, ki jo oddaja ob povečanju koncentracije kalcija v celici ter sočasnem obsevanju z vijolično svetlobo. Glavni del CaMPARI-ja je fluorescenten protein EosFP, ki spremeni barvo iz zelene v rdečo ob obsvetljevanju z vijolično svetlobo. Ko so EosFP spojili z kalmodulinom in peptidom M13, katera sta potrebna za vezavo kalcijevih ionov, je nastal CaMPARI. Ponuja možnost raziskav nevronskih povezav med kompleksnejšim vedenjem, na primer med učenjem. Prav tako je uporaben, ker lahko z reguliranim obsvetljevanjem vplivamo, kdaj bo potekala pretvorba iz zelene v rdečo in kdaj ne. Preizkusili so ga v štirih poskusih; na ličinkah in odraslih osebkih vinske mušice, na ličinkah cebrice in na odraslih miših. Vsi poskusi so potrdili že znana dejstva, kar dokazuje njegovo zanesljivost, ter ponuja mnogo možnosti za nadaljnje raziskave.

Blaž Lebar: Preučitev imunskega odziva komarja po piku

Malarija je bolezen, ki jo prenaša komar mrzličar ali Anopheles. Na leto se okuži na stotine milijonov ljudi, nekaj milijonov jih tudi umre. Povzročitelj te bolezni so različne vrste plazmodijev, ki se uspešno množijo v komarju, ki nato po piku okuži svojo žrtev. Vendar kako uspe tako inferiorno bitje kot je komar okužiti tako kompleksno bitje kot je človek, morda celo smrtno, sam komar pa normalno funkcionira navkljub patogenom v lastnem v organizmu? Za komarjev imunski sistem so odgovorni LRIMi, bilo naj bi jih nekaj več kot 24, vendar delovanja večine še ne poznajo. Najpomembnejša za imunski sistem komarja naj bi bila člena sistema komplementa: LRIM1 in APL1C v hemolimfi, ki se z LRRji povežeta z TEP1cut in tako izvedeta uspešno lizo in melanizacijo patogenov, vendar sta se izkazala kot popolnoma neučinkovita pri eliminaciji P. berghei. V tej študiji pa so se osredotočili na LRIM9, protein v imunskem sistemu, ki naj bi imel najpomembnejšo vlogo pri borbi z plazmodiji. Najpogostejša tehnika je bila qRT-PCR, preverjali pa so namnožitev, reprodukcijo in melanizacijo P. berghei pri komarjih vrste A. gambiae ob prehranjevanju s krvjo miši, ter različne vplive na izražanje LRIM9 (prehranjevanje, bakterije, imunost…). Ugotovili so tudi povezavo izražanja LRIM9 in hormona »ecdysone«, ki se izloča iz jajčnikov samic. Danih je bilo veliko odgovorov, ki pa so odprli nova vprašanja, katera bodo zahtevala še veliko raziskav.

Ema Gašperšič: Dvojedrni bakrov kompleks naj bi preprečil širjenje raka

Čeprav je v zadnjem času opazen napredek na področju zdravljenja raka, še vedno obstajajo določene pomanjkljivosti. Eno izmed najbolj pogosto uporabljenih zdravil za različne vrste raka je cisplatin, ki se veže na dušikove baze DNA in s tem povzroči celično smrt oz. apoptozo. Cisplatin pa kljub vsemu ni vedno učinkovit in ima precej stranskih učinkov, zato so raziskovalci želeli razviti alternativno zdravilo. Razvili so citotoksični dvojedrni kompleks z bakrom, ki se s pomočjo molekularne prepoznave veže na dve sosednji fosfatni skupini na vijačnici DNA, kar prepreči celične delitve in uniči patološko celico. Z različnimi anorganskimi in biokemijskimi metodami, spektroskopijo in metodami na posameznih molekulah so dokazali, da dvojedrni Cu2 kompleks zavira sintezo DNA in je citotoksična za človeške rakave celice. V članku je predstavljena sinteza prvega kompleksa iz te družine molekul, bakrovega Cu2 kompleksa ter različne metode, s katerimi so dokazali sposobnost ustrezne koordinacije Cu2(2+), sposobnost močne vezave Cu2(2+) na DNA, sposobnost inhibicije sinteze DNA ter citotoksičnost kompleksa. Iz dobljenih rezultatov znanstveniki predpostavljajo učinkovito interakcijo med Cu2(2+) in DNA in vitro ter v živih celicah. Nadaljnje klinične in medicinske raziskave pa bodo še odločale o tem, kako, in če sploh, bo bakrov kompleks resnično preizkušen na pacientih z rakom.

Tjaša Lukšič: Ključne biološke funkcije skakajočih genov

Dobro polovico človeškega genoma sestavljajo ponavljajoči se genetski elementi, katerim v preteklosti niso pripisovali posebne vloge, danes pa vse bolj postaja jasno, da njihova prisotnost v genomu prinaša svojevrstne biološke funkcije. Alu sekvence so primer takšnih transpozicijskih elementov, katerih prepisovanje je običajno minimalizirano, vendar se ob virusnih infekcijah ali stresu močno poveča. Po klasifikaciji so podvrsta kratkih razpršenih jedrnih elementov (SINE), ki se lahko transponirajo po genomu prek RNA intermediata, vendar ne kodirajo proteinov. Alu sekvence prepisuje RNA polimeraza III, Alu RNA pa ima značilno sekundarno strukturo dveh rok, ki omogoča tvorbo kompleksov s proteinskimi dimeri SRP9/14. Nastanek takšnih Alu ribonukleoproteinov (RNP) v običajnih celičnih razmerah ni pogost, saj je kljub veliki količini monomerov SRP9 in SRP14 stopnja pojavljanja Alu RNA-jev veliko manjša. Tvorba Alu RNP-jev prepreči iniciacijo prevajanja mRNA v aminokislinsko zaporedje in tvorbo polisomov. Po vezavi Alu RNP-ja na ribosomsko podenoto 40S, Alu RNA lahko zapusti kompleks in sodeluje v nadaljnjih prenosih novih SRP9/14. Mehanizem delovanja takšnih kompleksov je relativno nepoznan in odpira nove poglede na smisel ohranitve transpozicijskih elementov skozi evolucijo. Alu sekvence je predstavljajo perspektivno področje za preučevanje ravno zaradi njihovega prispevka k zaščiti translacijskih procesov celice v neugodnih razmerah in zaradi drugih še neodkritih, potencialnih bioloških funkcij.

Špela Malenšek: Smo zaradi endogenih retrovirusov pametnejši?

Človeški endogeni retrovirusi (ERV), genetsko podedovani ostanki preteklih virusnih infekcij, so klasično obravnavani kot človeku oziroma gostitelju neuporabni del genoma, tako imenovani "junk DNA". Njihovo delovanje je v običajnih somatskih celicah (fibroblasti, hepatocite, bele krvne celice …) nadzorovano z epigenetskim mehanizmom metilacije DNA, kjer se metilna skupina doda citozinu ali adeninu in tako prepreči izražanje virusnih delov genoma. V nevronskih izvornih celicah naj bi med drugim izražanje endogenih retrovirusnih elementov nadzoroval tudi protein TRIM28. Deluje namreč kot korepresor, ki z modifikacijo histonov zatre prepisovanje genetskega materiala. Raziskave na univerzah Lund in EPLF so pokazale, da se ob izbrisu TRIM28 v celicah nakopičita dve večji skupini ERV, ki pri miših vplivata na izražanje gena BC048671 in služita kot startni točki za IncRNA (dolga nekodirajoča RNA). Hkrati izbris proteina TRIM28 povzroči tako kompleksne vedenjske spremembe kot tudi abnormalne vedenjske fenotipe modelnih organizmov (miši), ki se izkažejo podobne nekaterim človeškim psihološkim motnjam. Klasični hipotezi o nefunkcionalnosti ERV se tako zoperstavlja nova ideja, ki trdi, da aktivnost ERV vpliva na izražanje genov v nevronskih izvornih celicah in na kompleksnost nevronske mreže v možganih. S tem se odpira popolnoma nova molekularna perspektiva na analizo kompleksnih vedenjskih vzorcev, možganskih motenj in samega delovanja nevronske mreže.

Nejc Kejžar: Novi 'pametni' inzulin

Z odkritjem biotehnoloških metod za umetno sintezo inzulina s pomočjo bakterije E. coli ali kvasovk je življenje s sladkorno boleznijo postalo mogoče, še vedno pa so prisotni zapleti, ki jih povzročata hipoglikemija in hiperglikemija. Današnje inzulinske terapije se osredotočajo na konstanto merjenje koncentracij glukoze v krvi in intravenozni vnos inzulina glede na izmerjeno koncentracijo, kar pa je kljub nujnosti (še posebej za paciente diabetesa tipa 1) zelo nadležno. Do težav lahko pride zaradi neupoštevanja terapije ali slabe glikemične kontrole, kar lahko v resnih stanjih hipoglikemije privede do kome ali smrti, hiperglikemija pa lahko vodi do kardiovaskularnih obolenj, težav s celjenjem ran ali celo do raka. Za učinkovitejše nadziranje krvne koncentracije glukoze in olajšano življenje pacientov je skupina znanstvenikov iz MIT razvila ‘pametni’ inzulin, ki ima nase pritrjen konjugat sestavljen iz alifatske verige 11 ogljikovih atomov in fenilborove kisline. Alifatska veriga povzroča podaljšano delovanje inzulina, fenilborova kislina pa služi kot ‘stikalo’, ki aktivira delovanje inzulina samo ob povečani koncentracije glukoze v krvi. Ta sintetični derivat je zmožen hitrejšega obnavljanja normalnih koncentracij krvne glukoze kot naravni in klinični inzulin, večkratnega zaporednega odziva na porast glukoze, prav tako pa ima nižji hipoglikemični indeks ob administraciji v času normalnih koncentracij glukoze, kar pomeni, da je tveganje za hipoglikemijo manjše. V najbolj zgovornem testu je bilo pokazano, da je učinkovitost pametnega inzulina primerljiva z delovanjem zdravega pankreasa.

Simon Aleksič: Zorenje mRNA pri lignjih zaznamujejo A-I deaminacije

Informacijska RNA je po prepisu iz DNA podvržena dodatnim procesom, tako v jedru kot tudi v citoplazmi. Izrezovanje intronov je le en izmed procesov, ki zagotavlja strukturno variabilnost proteinov. Za variabilnost strukture poskrbijo tudi malo raziskane deaminacije nukleotidov . Deaminacije nukleotidov so katalitski kemijski procesi, ki omogočajo spreminjanje tripletov kodonov v zapisih mRNA s pomočjo proteinov ADAR. Za takšne procese so predvidevali, da so v organizmih redki in nimajo posebnega vpliva na delovanje proteinov v telesu. A študija univerze v Tel Avivu je pokazala, da so deaminacije adenozina v inozin v živčnih tkivih lignjev eden poglavitnih procesov, ki se zgodijo pred translacijo mRNA v proteine. Deaminacije s spremembami tripletov povzročijo zamenjave aminokislin v proteinih, raziskava pa dokaže, da se stabilnejše aminokisline zamenjajo z manj stabilnimi. Manj stabilne aminokisline v območju aktivnega mesta in hidrofobnega jedra povzročijo, da je protein sam manj občutljiv na nižje temperature okolja in lahko ostane delujoč pri spremenjenih razmerah okolja. Deaminacije so posebno pogoste v mRNA prepisih genov, ki zapisujejo proteine vključene v živčni sistem in citoskelet. Novejše raziskave mutacije genov za protein ADAR pri človeku povezujejo z različnimi imunskimi boleznimi, kot so ADA-SCID in sindrom Aicardi–Goutières.

Gašper Žun: Antibiotiki betalaktami uničujejo bakterije z okvaro mehanizma za izgradnjo celične stene

Antibiotiki β-laktami, med katere spada tudi penicilin, predstavljajo eno izmed najdlje in najsplošneje uporabnih terapij pri bakterijskih okužbah. Učinkujejo tako, da z vezavo na penicilin-vezavne proteine (PBP) okvarijo mehanizem za sintezo celične stene. S tem onemogočijo zamreženje nastajajočih verig peptidoglikanov (PG) v matriks, v manjši meri pa se nove verige še vedno lahko sintetizirajo. Celična stena takih bakterij je zato neobičajnih oblik, med delitvijo pa se lahko na določenih mestih pretrga in celica propade. Zaradi nastajanja enoverižnih PG se vključijo v proces encimi (Slt), ki take neobičajne verige razgrajujejo. Lastnosti celične stene na tak način ostajajo funkcionalne, vendar pa zaradi vključenega brezuspešnega cikla sinteze in razgradnje celične stene pride do prekomerne porabe za celico pomembnih snovi, kar le še prispeva k toksičnemu delovanja antibiotikov. Obrambni mehanizmi proti antibiotični aktivnosti vključujejo encime (β-laktamaze), ki razgrajujejo β-laktame. Vse večja odpornost bakterij na antibiotike je posledica povečane frekvence genskega zapisa za β-laktamaze, ki se med bakterijami prenaša s plazmidi. Ker je za uspešen boj proti bakterijam potreben nenehen razvoj novih zdravil in terapij, je potrebno dodobra spoznati tako način učinkovanja antibiotikov kot način delovanja bakterij. Članek prispeva nov vpogled v delovanje encima Slt za razgradnjo nezamreženega novo nastalega PG, saj mu pripisuje vlogo kontrole nad kvaliteto izgradnje celične stene, kar pa v resnici potencira uničujoče posledice antibiotikov.

Rok Miklavčič: Kontrola prenašalnih RNA na CCA-dodajajočem encimu

tRNA je ena od biološko najpomembnejših molekul v živih organizmih in ima ključno vlogo pri sintezi proteinov, zato je pomembno, da so vse tRNA, ki na ribosome prinašajo aminokisline, funkcionalne. Od prepisa dalje grejo zato tRNA prepisi skozi serijo procesov in modifikacij, ki na koncu privedejo do popolnoma funkcionalnih tRNA. V predzadnji fazi urejanja tRNA sodeluje CCA-dodajajoči encim, ki na 3'-konec prepisov tRNA pripne končno nukleotidno zaporedje CCA, v zadnji fazi pa se na zadnji adenin nukleotid veže še ustrezna aminokislina. CCA-dodajajoči encim pa ima v sintezi tRNA še eno nedavno odkrito funkcijo: nestabilnim prepisom tRNA pripne nukleotidno zaporedje CCACCA, ki je signal za razgradnjo. Na ta način encim kontrolira kvaliteto tRNA in pripomore k optimizaciji same sinteze proteinov. Na CCA-dodajajočem encimu se razlike med stabilnimi in nestabilnimi tRNA prepisi pokažejo po vezavi prvega zaporedja CCA, in sicer pri premiku encima. Stabilne tRNA se ob premiku odcepijo z encima, medtem ko pri nestabilnih tRNA premik povzroči transformacijo njihove sekundarne strukture, ob tem pa nastane na tRNA izboklina. Za transformirane nestabilne tRNA se cikel dodajanja zaporedja CCA nato izvede še enkrat, kar privede do končnega zaporedja CCACCA. Po končanem drugem ciklu se ob nadaljnjem premiku encima z njega odcepijo tudi nestabilne tRNA.

Tilen Tršelič: Transport proteinov v celico s pomočjo nanodelcev

Nanotehnologija v moderni znanosti že dolgo igra pomembno vlogo. Raziskovalci so ugotovili, da lahko s pomočjo nanodelcev v celice dostavljajo nukleotide in nekatere druge manjše molekule. Medicina je zato kmalu izrazila željo, da bi v celico lahko dostavljali tudi delujoče, zaključene proteine, ki bi pomagali pri zdravljenju različnih bolezni. Na Univerzi v Kaliforniji so nedavno odkrili način, kako bi nanotehnologijo res lahko uporabljali za transport proteinov v celice. Ugotovili so, da obstajajo delci, ki so zmožni vezati protein, ga prenašati in ob laserskem obsevanju sprostiti v celico. Podobne metode so že bile testirane, a je njihova uporabna vrednost majhna, saj je lasersko obsevanje zaradi visoke energije pogosto poškodovalo tkiva in organizme. Raziskava, predstavljena v seminarju, je z uporabo zlatih nanodelcev in posebnega fluorescentnega proteina GFP dokazala, da je neškodljiv, natančen transport proteinov v celice le mogoč. Izbrana metoda transporta prav tako omogoča velik nadzor nad lokacijo in časom sprostitve izbranega proteina v okolje. Znanstveniki so na zlat nanodelec vezali poseben prenašalec, ki je sposoben vezati histidinizirane proteine, jih dostaviti v celico in jih nato ob laserskem obsevanju z nizko energijo sprostiti v okolje. Raziskava in njeni izsledki imajo velik pomen, saj bi predstavljena metoda lahko omogočila vodeno diferenciacijo matičnih celic ali vodeno celično smrt in s tem zdravljenje nekaterih težjih bolezni.

Lovro Kotnik: Acetilacija lizina in spremembe v proteomu astrocitov možganske skorje pri okužbi s Toxoplasma gondii

Toxoplasma gondii je znotrajcelični zajedavec, ki ga lahko najdemo pri večini vrst toplokrvnih živali. Tudi človek ni izjema, okužena pa naj bi bila kar tretjina svetovne populacije. V zdravih ljudeh to ne predstavlja nevarnosti, saj lahko zdrav organizem popolnoma ustavi razmnoževanje Toxoplasma gondii in prepreči s tem zajedavcem povezano bolezen toksoplazmozo. Bolezen je nevarna samo za ljudi z oslabljenim imunskim sistemom in za nosečnice (Toxoplazma gondii lahko okuži tudi otroka in povzroči hude deformacije). Pri tem zajedavcu je znano , da lahko spremeni obnašanje miši in podgan, vendar do sedaj mehanizem teh sprememb v obnašanju še ni bil znan. Nedavna raziskava je pokazala, da ob infekciji s Toxoplasma gondii v celicah potečejo določene spremembe. Spreminjati se začne izražanje genske kode, koncentracije proteinov in oblika proteinov. Do danes točen mehanizem še ni znan, možna pa je povezava z eno od post-translacijskih sprememb na proteinih: acetilacijo lizina. Študija, na osnovi katere sem napisal svoj seminar je izvedla raziskavo proteoma astrocitov možganske skorje v miših (Rattus norvegicus), poiskala število proteinov, ki so vsebovali lizin z acetilno skupino in dokumentirala natančne položaje teh lizinov na vsakem izmed proteinov, nato pa podobno raziskavo izvedla še na astrocitih okuženih s Toxoplasmo gondii in primerjala rezultate obeh raziskav.

Katja Brezovar: HIV nadzoruje svojo aktivnost neodvisno od gostiteljske celice

HIV je retrovirus, ki napada limfocite T, predvsem CD4+ T celice in spada pod skupino lentivirusov. Problematičnost zdravljenja HIV-a je posledica virusne latence, ki virusu omogoča dolgoročno prisotnost v gostiteljski celici, ne glede na dolgoletno izpostavljenost protiretrovirusnim zdravilom. Do nedavnega je veljalo prepričanje, da je latentnost virusa HIV odvisna od stanja celice – torej ali je celica v aktivnem ali mirujočem stanju. Sedaj je bilo, z računalniškim modeliranjem in sintetičnim kontroliranjem HIV Tat pozitivne povratne zanke, predstavljeno, da je latentnost virusa neodvisna od celičnega stanja. Avtonomnost virusnega delovanja nam pomaga pri razlagi zakaj agenti, ki naj bi prekinjali latentnost niso delovali – ti so to poskušali storiti z vplivom na celično stanje, ki pa po najnovejših raziskavah nima vpliva na virusno aktivnost. Razlaga, da je latenca posledica avtonomnega virusnega vezja, postavi tudi vprašanje kakšen je evolucijski izvor in pomen le te. Latenca naj bi bila evolucijska strategija, katere cilj je maksimalni virusni prenos in zmanjševanje virusnega izumrtja med mukoznimi okužbami. Razumevanje latence in tega, kaj jo nadzoruje predstavlja pomemben korak za iskanje novih pristopov k zdravljenju bolezni AIDS.

Urša Čerček: Odkrita struktura encima Dbr1 predstavlja nove možnosti za zdravljenje ALS in FTD

ALS in FTD sta neurodegenerativni bolezni, ki ju povzročata proteina TDP-43 in FUS. Do sedaj so odkrili le zdravilo, ki blaži njune učinke ne pozdravi pa bolezni v celoti. Že nekaj let nazaj so znanstveniki dokazali, da odsotnost encima Dbr1 zavira delovanje mutiranih proteinov TDP-43. Dbr1 hidrolizira 2',5'-fosfodiestersko vez v ciklični strukturi nekodirajoče mRNA imenovani lariat. Lariatna struktura deluje kot vaba, na katero se protein TDP-43 veže raje kot na prosto mRNA in tako prepreči škodljive interakcije, ki vodijo do pojava bolezni. Z uporabo inhibitorjev encima Dbr1, s katerimi bi preprečili razgradnjo lariatnih struktur in posledično zavrli delovanje toksičnih TDP-43, bi lahko zdravili ti dve do sedaj neozdravljivi bolezni. Da bi lahko našli primerne inhibitorje, so znanstveniki analizirali strukturo encima in tako poskušali dobiti boljši vpogled v njegovo funkcijo in najti povezave med funkcijo in strukturo. Ugotovili so, da se Dbr1 loči od ostalih, podobnih encimov v treh ključnih strukturnih lastnostih. Te so prisotnost LRL in posebne CTD skupine ter Cys14 ostanka v aktivnem mestu. Da bi do sedaj znana dejstva lahko uporabili za zdravljenje ALS in FTD so potrebne še nadaljnje raziskave, potrebno pa je tudi preveriti, kakšne posledice bi imela delna inhibicija encima Dbr1 in kako bi do nje prišli.

Niko Šetar: Preprečevanje širjenja raka z inhibicijo ERK1/2 kaskade

Rak je v splošnem definiran kot maligen tumor, ki nastane kot posledica pretirane rasti celic, ta pretirana rast pa je večinoma posledica okvare oz. mutacije v signalnih poteh celice. Iz tega razloga se večina do sedaj razvitih zdravil fokusira na inhibicijo teh signalnih poteh, praviloma v inhibicijo t.i. ERK1/2 kaskade, ki je odgovorna predvsem za proliferacijo in apoptozo svoje tarčne celice. Na primer, PLX4032, eno izmed najbolj razširjenih zdravil proti raku, inhibira ERK1/2 kaskado le specifično v primeru mutiranega proteina B-Raf, kar vključuje zelo ozek spekter rakov. Drugo zdravilo, U0126, pa inhibira ERK1/2 in MAPK kaskado že v zelo zgodnjih fazah kar vodi do nizke učinkovitosti in mnogih stranskih učinkov. Znanstveniki, ki so se ukvarjali z razvojem novega zdravila, so sintetizirali tri nove peptide, ki temeljijo na strukturi NTS (Nuclear Translocation Signal), peptid Scr (SPS), fosfomimetični peptid EPE in nefosforilabilni peptid APA, vsi izmed katerih naj bi preprečevali vezavo ERK2 na Importin 7 in s tem njegov vstop v jedro tarčne celice. Takšna pozna inhibicija naj bi bila bolj učinkovita kot zgodnejše, nudila zdravljenje širšega spektra rakov in imela manj stranskih učinkov. Izmed testiranih peptidov se je najbolje obnesel EPE, in do sedaj izvedeni eksperimenti tako v kulturi, kot na laboratorijskih miših s človeškimi tumorskimi ksenografti, so pokazali rezultate v prid tej hipotezi.

Aleksandra Uzar: Optogenetska aktivacija holinergičnih nevronov vzbuja REM fazo

Dober spanec je ključnega pomena, da lahko človeško telo pravilno deluje. Naraven spanec je sestavljen iz ciklov REM/non-REM faze, pri katerem je REM faza pomembna za učenje, sanjanje. Gre za intervale spanca za katerega je značilno hitro in naklučno premikanje oči. Cilj raziskave je bil ugotoviti, kakšni sta vloga in vpliv holinergičnih nevronov – nevroni, ki sproščajo nevrotransmiter acetilholin – na REM fazo. Osnova za raziskavo je bila optogenetika. To je metoda pri kateri aktivirajo določene nevrone s pomočjo svetlobo. Z izrazitvijo ionskega kanala rodopsina-2, ki se pod vplivom modre svetlobe aktivira (odpre), so s stimulacijami vplivali le na holinergične nevrone v PPT in LDT – strukturi v možganskem deblu. Raziskava je pokazala, da ti nevroni povzročajo REM fazo ter z daljšanjem stimulacij med non-REM fazo ugotovili, da se poveča število intervalov REM faze, vendar ne njihovo trajanje. S pomočjo sorodnih raziskav so ugotovitve pokazale, da naj bi bili holinergični nevroni v PPT in LDT pomembni sprožilci REM faze, ne pa glavni vzdrževalci. Raziskovalci poudarjajo, da je za potrditev potrebno več raziskav, saj so celotni mehanizmi faze se vedno dokaj nerazumljivi. S podrobnim znanjem o delovanju bi lahko ugotovitve aplicirali na ljudi s motnjami spanja.

Tadej Satler: Določanje zaporedja DNK s pomočjo grafena

V letih, odkar je bilo prvič znano celotno zaporedje človeškega genoma, je prišlo do hitrega razvoja tehnologije , ki omogočajo dobro analizo zaporedja DNK (imenovano "next-generation sequencing "). Ti novi pristopi k določanju zaporedja obljubljajo popolno genomsko analizo, ki bi bila izvajana s strani rutinske klinične diagnostike. Električni senzorji iz grafena lahko zaradi svoje izjemne občutljivosti zaznajo adsorbirane molekule na njegovi površini, na čemer temelji tudi zaznavanje zaporedja DNK, ki je odvisno od molekularno specifičnih interakcij s površino grafena. Tako lahko veliko hitreje, bolj zanesljivo, natančneje in ceneje določamo zaporedja DNK v primerjavi s trenutnimi metodami, kar vodi vposodobitev in razvoj raznih medicinskih raziskav in testov. Avstralski znanstveniki so to tudi dokazali, saj so s pomočjo grafena zaznali tri osnovne nukleotide, ki tvorijo DNK , ter jih prepoznali na podlagi specifičnih interakcij med grafitom in njimi. Na grafenu so posamezno izpostavili vse štiri osnovne dušikove baze, ki gradijo DNK (adenin, citozin, timin in gvanin) in opazovali učinke molekularne adsorpcije individualne baze na njem.

Samo Purič: Dešifrirana enigma virusne infekcije

Od rinovirusa, ki povzroča vsem znan prehlad, do virusa hepaptitisa C ali HIV-a, virusna obolenja v večini primerov povzročajo nelagodje, v nekaterih primerih pa huda bolezenjska stanja. Enoverižni RNA virusi (med katere spadajo zgoraj našteti) so se razvili med prvimi in še dandanes ostajajo med najnevarnejšimi za človekovo zdravje. Virusi so v osnovi zgrajeni iz nukleinske kilsine in proteinskega ovoja, ki ga imenujemo kapsida. Virus injecira svoj DNA/RNA v gostiteljsko celico in prevzame delovanje celotne celice za proizvodnjo novih virusov. Že desetletja razumemo, da mRNA nosi genetska navodila, ki omogočajo nastanek novih virusnih proteinov (tako kapsidnih kot tudi glikoproteinov ki tvorijo dodatno virusno ovojnico) potem ko virus vstopi v celico. Znastveniki iz univerz v Leedsu in Yorku pa so šele nedavno ugotovili, da se v zaporedju črk, ki jih uporabljamo za označevanje genetskih informacij, skriva šifra, ki narekuje kako se bo virus v gostiteljski celici ponovno sestavil. Do odkritja so prišli z opazovanjem enkapsidacije enoverižnega RNA virusa v zunanjo lupino/ovojnico nato pa so sestavili matematične algoritme s katerimi so razbili šifro in posledično razvili računalniški model, ki je sposoben dešifrirati zaporedja rastlinskih virusov. Ob tem so raziskovalci naredili še korak naprej in namignili na možnost razvijanja molekul, ki bi interfirale z kodo in efektivno ustavile delovanje virusa.

Lija Srnovršnik: Zaviranje rasti tumorjev z rušenjem strukture tumorskega stromalnega mikrookolja

Mednarodna ekipa znanstvenikov je dokazala, da protitelo za protein EphA3, ki ga najdemo v mikrookolju trdnih oblik raka, učinkuje proti tumorjem. EphA3 je v zdravih organih prisoten, ko se zarodek razvija, v odraslih tkivih pa je prisoten v krvnih rakavih obolenjih ter v trdnih tumorjih in je lahko pristop, ki temelji na učinku protiteles, primerna terapija za trdne oblike tumorjev. Celice tumorja pošiljajo okoliškim celicam signale, ko potrebujejo zalogo krvi in temeljno strukturo, na kateri se potem širijo. Raziskava je dokazala, da stromalne matične celice, v katerih je izražen EphA3 in nastajajo v kostnem mozgu, oblikujejo celice, ki podpirajo in ustvarijo krvne žile v tumorjih. V mišje modele so vstavili človeške celice raka prostate, da bi poustvarili potek bolezni v ljudeh. EphA3 so našli v stromalnih celicah in žilah v okolici tumorja. Opazovali so tudi zdravljenje s protitelesom proti EphA3 (chIIIA4), ki je vidno upočasnilo rast tumorjev. Protitelo je poškodovalo tumorjeve žile in porušilo stromalno mikrookolje, celice so odmrle, saj je bila poškodovana njihova življenjska funkcija. Napad EphA3 s protitelesi je tako možna terapija za zmanjšanje ter uničenje tumorjev in krvnih rakavih bolezni.

Sara Tekavec: Cistična fibroza: odkrita dodatna okvara imunskega sistema

Cistična fibroza je avtosomna recesivna genetska bolezen, kar pomeni, da se v potomcu bolezen izrazi le v primeru homozigotnega stanja, ko sta kopiji gena identični. Bolezen se pojavi kot posledica mutacije gena CFTR, ki kodira zapis za membranski protein CFTR. Slednji je odgovoren za prehajanje kloridnih ionov v zunajcelični prostor. Ker se na različne organe (predvsem pljuča, trebušno slinavko, črevesje) nalaga gosta, lepljiva sluz so le-ti podvrženi kroničnim okužbam, delovanje imunskega sistema pa kmalu postane neučinkovito. Delovanje imunskega sistema so preučevali tudi nemški raziskovalci. Odkrili so dodatno okvaro, in sicer zmanjšano izražanje molekul HLA-DQ. Te spadajo v skupino poglavitnega histokompatibilnostnega kompleksa (PHK) razreda II in imajo nalogo razločevanja med lastnimi in tujimi antigeni ter predstavljanja le-teh celicam pomagalkam. V poskusih uporabljena tehnika je bila pretočna citometrija, s katero so merili izražanje molekul HLA-DQ na monocitih, makrofagih, dendritičnih celicah ter raven prepisovanja mRNK za obe podenoti molekule HLA-DQ. Z raziskavo so odkrili tudi del molekularnega mehanizma, na katerem temelji imunski odziv. Vsi testi so pokazali, da je izražanje molekul HLA-DQ pri bolnikih s CF močno zmanjšano, v nekaterih primerih celo odsotno. To je v neki meri mogoče razložiti z zmanjšanim odzivom gena CIITA na signale kot je npr. IFNγ, ki so ga uporabili pri analizi. Glede na to, da je bolezen za zdaj še neozdravljiva in je z respiratorno fizioterapijo možno le lajšanje simptomov, bo potrebnih še veliko raziskav, ki bi pripomogle k razvoju tehnik zdravljenja.

Klara Kuret: Novo odkriti biosenzor omogoča vpogled v delovanje rastlinskega obrambnega sistema

Rastline na biotske in abiotske strese odgovarjajo z raznimi obrambnimi mehanizmi. Znanstveniki so sintetizirali nov biosenzor Jas9-VENUS, s katerim lahko v času in planta sledijo rastlinskemu odzivu na poškodbo. Biosenzor (BS) je molekula, ki je sposobna pretvoriti neko dogajanje v celici v signal, ki ga lahko zaznamo. BS mora odgovarjati specifično na svojo tarčo, dajati kvantitativne podatke o dogajanju v organizmu ter zagotavljati dinamično in prostorsko sledenje dogajanja in vivo. Jas9-VENUS je fluorescentni protein, ki deluje kot BS za fitohormon jasmonično kislino (JA) ter njene derivate jasmonate. Jas9-VENUS so uspeli sintetizirati s translacijsko fuzijo iz zapisa za protein JAZ9, kateri zavira transkripcijske faktorje, ki se odzivajo na JA. JAZ9 se zaradi specifičnega zaporedja aminokislin (imenovanega Jas domena) ob prisotnosti JA razgrajuje prek proteosoma, kar vodi v sprostitev transkripcijskih faktorjev, povečano ekspresijo JA-odzivnih genov ter posledično do aktivacije ustreznih obrambnih odgovorov rastline. Ker se zaradi analogije s proteinom JAZ9 ob prisotnosti JA razgrajuje tudi novo sintetizirani BS, lahko z njim merimo koncentracijo JA v rastlinskih organih, tkivih in celicah. Kjer je koncentracija JA največja, bo rumena fluorescenca Jas9-VENUS najmanjša. Biosenzorji so pomembno orodje za preučevanje signalizacije znotraj organizmov. Na podlagi poznavanja le te, bo mogoče v prihodnosti vzgajati poljščine, ki bodo bolj odporne proti biotskim ter abiotskim stresom.

Neža Koritnik: Vpliv nekodirajoče DNA na tvorbo raka: interakcije na dolge razdalje

V molekuli DNA je le 2% področja, ki vsebuje gensko informacijo. Preostalih 98% t.i. nekodirajoče DNA pa naj ne bi imelo nobenega vpliva na izražanje genov. Glede na zadnje raziskave pa to ne drži popolnoma. Odkrili so, da ima nekodirajoča DNA vseeno posreden vpliv na gensko ekspresijo - preko DNA zank. Mutacije, ki se pojavijo v nekodirajočem delu, lahko na dolge razdalje efektirajo transkripcijo RNA, če so locirane ob sekvencah, ki se vežejo z regulatornimi elementi transkripcije. Že prej je bilo ugotovljeno, da eno-nukleotidne mutacije (SNP-ji), ki kodirajo kompleksne bolezni velikokrat ležijo ob takšnih sekvencah. S tvorjenjem zank se zbližajo oddaljeni predeli molekule DNA. Če se zbližajo sekvence promotorjev in ojačevalcev (na te sekvence se vežejo proteini, transkripcijski faktorji, ki regulirajo delovanje RNA-polimeraze II), se to odraža v ekspresiji genov. Znanstveniki so s z metodo cHi-C opazovali interakcije na dolge razdalje v nekodirajočem delu genoma na 14 SNP-jih povezanih z nastankom raka na debelem črevesju. SNP-ji, locirani ob regulatornih elementih, lahko preko zank interagirajo z oddaljenimi transkripcijskimi faktorji. Zanke jim dovoljujejo, da vplivajo na transkripcijo v oddaljenih kodirajočih delih genoma, kar se na koncu odraža v rakavem obolenju črevesja.

Urša Kopač: Protein SOD5 prisoten v obrambnem sistemu gliv

Znanstveniki iz univerze Johns Hopkins v Baltimoru so odkrili, kako se patogene glive odzovejo na ovire, ki jih predstavlja gostiteljev imunski sistem. Obrambni mehanizem predstavljajo membranski proteini, ki so podobni Cu|Zn superoksid dismutazam (SOD). Predvsem so raziskovali protein vezan v celično steno: SOD5 iz Candida albicans. Proteini SOD5 se od Cu|Zn SOD encimov (npr. SOD1) razlikujejo že v sami primarni zgradbi. Razlikujejo se po tem, da v njih ni dveh od štirih histidinov, ki tvorijo kompleks s cinkom, manjka tudi 17 aminokislinskih ostankov, ki pri SOD1 tvorijo elektrostatsko zanko. To se nato odraža v 3D strukturi proteina. SOD5 ima v primerjavi s SOD1na C-koncu še devet dodatnih aminokislinskih ostankov, ki služijo kot GPI pritrdišče na celično steno. Proučevanje kristalne strukture je pokazalo, da je SOD5 monomer v nasprotju z dimernimi oz. tetramernimi SOD1 in EC-SOD. Razlog je razširitev disulfidne zanke in posledičnih steričnih interakcij. Gostitelj se pred invazivnimi mikrobi brani tudi s povečano, toksično količino bakrovih ionov. Na SOD5 to ne vpliva, saj velike količine bakra izkoristi sebi v prid in se iz neaktivnega apo-stanja pretvori v aktivno obliko. Zgradba SOD5 je posebna kar se tiče kofaktorjev – stran proteina, kjer se nahaja baker je zelo odprta in dostopna, cinkovega kofaktorja v tej vrsti encimov sploh ni. Te posebnosti bi bile lahko ključne pri razvoju novih zdravil in tehnik zdravljenja proti patogenim glivam in ostalim invazivnim organizmom.

Katja Čop: Ključna vloga proteina RBFox2 pri srčnem popuščanju

Kaj je ključni dogodek na molekularni ravni, ki privede do točke, ko srce ni več zmožno zadostno opravljati svoje funkcije, je bilo do sedaj še precej neraziskano. Moja izbrana raziskava se je osredotočila na protein RBFox2, poznan kot pomemben za razvoj in funkcijo srca. Želeli so raziskati, če je možno, da pripomore tudi k tako imenovani dekompenzaciji-oslabljeni zmogljivosti organa, ki privede do srčnega popuščanja. Raziskave so izvajali na miših. V prvem sklopu so izvedli dva poskusa. Najprej so s tehniko TAC v srcu vzpostavili podobne pogoje, kot nastanejo pri srčnem popuščanju in izkazalo se je, da se je količina RBFox2 zmanjšala. Pri drugem poskusu pa so miši utišali gen za RBFox2 in pojavili so se značilni bolezenski znaki predhodnega stanja srčnega popuščanja. Ta dva izida so želeli razložiti in povezati s še enim znanim dejstvom; da je RBFox2 znan kot regulator alternativnega izrezovanja. Po drugem sklopu raziskav se je izkazalo, da sta dogodka povezana, pa tudi, da je RBFox2 ključni regulator, ob čigar odsotnosti se celoten program alternativnega izrezovanja v nekaterih genih, pomembnih v različnih srčnih funkcijah obrne v nasprotno smer, kot je potekal v prvem mesecu življenja miši, ko se je srce krepilo.

Kristjan Stibilj: Uporaba nanožicno-bakterijskih hibridov pri samostojni svetlobno odvisni fiksaciji CO2 na umetne organske spojine

Fotosinteza je biokemijski proces, ki je nujen za preživetje vseh živih bitij na našem planetu. Rastline letno izkoristijo 130TW sončne energije, ki jo pretvorijo v kemično energijo. Znanstveniki iz univerze v Berkley-ju so uspeli poustvariti ta proces z uporabo nanožično-bakterijskega hibrida. Anaerobne bakterije S. ovata so nacepili direktno na silicijeve nanožičke, ki so služile kot fotokatoda, za fotokanodo pa so uporabili TiO2 , na kateri je ob osvetljevanju s svetlobo nastajal kisik. Tako zasnovana naprava imitira naravni kompleks dveh fotosistemov, ki se nahajata na tilakoidni membrani , kjer poteka fotosinteza. Bakterije S. ovata lahko z uporabo vodika kot donor elektrona preko Wood-Ljungdhalove poti uspešno pretvorijo CO2 v acetat, ki pa se nato v gensko sintetizirani in modificirani E. Coli lahko pretvori v acetil-CoA, ki je pomembna molekula za sintezo številnih biokemijskih polimerov. Z različnimi modifikacijami bakterije E. coli so znanstveniki sintetizirali n-butanol, PHB polimer, amorfadien, epi.aristolocen in kadinen. S tem so dokazali, da je mogoče izkoriščati sončno energijo za direktno sintezo molekul in tako na nek način poustvariti fotosintezo. Za enkrat je izkoristek sončne energije in posledično koncentracija produktov še precej nizka, vendar je trenuten razvoj usmerjen k povečanju izkoristka.

Lara Jerman: Dedovanje: ni za vse kriva DNA

Celični genom – celokupna DNA celice – je razdeljen na enega ali več kromosomov, ki organizirajo, shranjujejo in prenašajo informacije za sintezo proteinov in RNA molekul. Kromosom je sestavljen iz kromatina – kompleksa DNA, proteinov (histonov) in RNA. Poznamo evkromatin (aktivna transkripcija) in heterokrimatin (bolj zgoščen, utišan). Posttranslacijske modifikacije histonov v kromatinu naj bi omogočale epigenetski prenos kromatinskih stanj. Metilacija lizina 9 na histonu 3 je nujna za tvorbo heterokromatina, a dosedaj še ni bila dokazana njena dednost. Organizem S. Pombe ima za eno samo metiltransferazo, Clr4, ki usmerja vso metilacijo na tem mestu in ves heterokromatin. Znanstveniki z Univerze v Edinburghu so z uporabo pritrjanja in sproščanja Clr4 na evkromatin ugotovili, da v celici poteka aktiven proces, ki briše metilacijo na tem mestu. Ob inaktivaciji domnevne demetilaze Epe1 sta metilacija in utišanje (tvorba heterokromosoma) trajna in se ohranita skozi več mitotskih delitev in mejozo, tudi ob izgubi začetnega faktorja priptrjene Clr4 . Metilacija na tem mestu je torej epigenetsko dedna, njen prenos pa je običajno onemogočen z aktivnom procesom. Tak se preprečuje naključno dedovanje heterokromatina in s tem nenamerno utišanje genov.

Miha Koprivnikar Krajnc: Boj za železo

Kovine oziroma kovinski ioni so izrednega pomena za organizme, saj se vključujejo v življenjsko pomembne proteine proteine. Zato je odstranjevanje prostih (serumskih) kovinski ionov in njihovo shranjevanje v celice bistvenega pomena pri imunskem odzivu, saj s tem organizem odtegne patogenom nujno potrebne kofaktorje metaloproteinov in s tem zavira proliferacijo takih organizmov. Bistven igralec pri tem je hepcidin, protein, ki inaktivira eksporter železa feroportin in s te povzroči kopičenje železa v določenih celicah in pomanjkanje le-tega v medceličnini. Hepcidin je sprožen kot odziv na stimuliran TLR4, ki zazna molekule patogenov. Vendar pa so raziskovalci odkrili, da se da feroportin utišati neposredno, in sicer s stimulacijo TLR6 z lipoproteinom FSL1. In ker je ta, novi, odziv neposreden je tudi hitrejši in zato bolj primeren pri vnetjih za zatiranje rasti bakterij in drugih škodljivih organizmov. Z izsledki raziskav se odpirajo vrata zdravljenjem boleznim, kot sta hemokromatoza in beta talasemija, pri katerih je v tkivih železa preveč in ima toksičen učinek.

Elvira Boršić: Inaktivacija kromosoma X z RNA genom

Pri sesalcih razliko med spoloma določata kompleta kromosomov XX in XY. Inaktivacija naključnega kromosoma X preprečuje, da bi ženske imele dodaten funkcionalen kromosom X, saj bi to lahko vodilo v smrt. Pri tem procesu ima ključno vlogo X-inaktivacijski specifični transkript (Xist). Gre za RNA gen, ki z vezavo proteinskega kompleksa zavira prepisovanje enega od omenjenih kromosomov. Do zdaj še ni bilo znano, kateri proteini so direktno vezani na RNA gen in neposredno sodelujejo pri Xist povzročenem transkripcijskem utišanju. Raziskovalci so razvili komplementarno RNA izolacijo z masno spektrometrijo (RAP-MS), saj dosedanji postopki niso dali rezultatov. Zaradi splošnega pristopa jo lahko uporabimo za določanje direktnih povezav proteinov s katerokoli dolgo nekodirajočo RNA. Z RAP-MS so identificirali deset proteinov. Za polovico izoliranih je že bilo znano, da sodelujejo pri transkripcijski represiji, regulaciji kromatina in organizaciji jedra. Določili so, da samo trije neposredno vezani proteini vplivajo na utišanje kromosoma. Xist deluje tako, da s širjenjem po bodočem neaktivnem kromosomu X izključi RNA-polimerazo II in povzroči zgoščanje kromatina. S poskusi so dokazali, da SHARP, protein vezan na Xist, utiša transkripcijo preko SMRT in HDAC3 kompleksa.