BIO2 Povzetki seminarjev 2011

Sara Draščič: On the spur of a whim

Serotonin ali 5-hidroksitriptamin (5-HT) spada v skupino heterogenih biokemičnih snovi, ki prenašajo informacije po živčnem sistemu in ki jim rečemo nevrotransmiterji. Ima pomembno vlogo pri veliko najrazličnejših reakcijah v telesu. Njegovo nepravilno delovanje vpliva na počutje, apetit, slabost, spanje, telesno temperaturo, staranje, bolečino, anksioznost, agresijo, spomin, migrene in na številne druge procese v organizmu. Večina serotonina se sintetizira v prebavnem traktu, preostali del pa v centralnem živčnem sistemu in trombocitih. Kljub temu, da se sintetizira le v določenih delih telesa, je prisoten povsod. Dokaz za njegovo prisotnost pa so serotoninski receptorji. Serotonin ima veliko receptorjev, ki so jih organizirali v sedem skupin glede na njihove fiziološke in strukturne razlike. Ravno zaradi tako velikega števila raznoraznih receptorjev, je serotonin pomemben pri tolikih različnih procesih, saj je njegovo delovanje, v veliki meri, odvisno od tega, na kateri receptor se bo vezal. Veliki pomen pri delovanju serotonina ima tudi njegov transporter. To je protein, katerega struktura še ni znana, vendar vemo kje in na katerem kromosomu se nahaja. Transporter je tudi glavna tarča raznih antidepresivov in drog kot so ecstasy, kokain in LSD.

Ula Štok: Neuregulin 1

Neuregulin-1 je član proteinov iz družine neuregulinov in je kodiran s strani gena NRG1. Obstaja veliko tipov Neuregulina-1, ki se razlikujejo po funkcionalnosti ter mestu v telesu na katerem delujejo. Najpogosteje delujejo v živčnem sistemu, kjer lahko z nepravilnim delovanjem med drugimi povzročajo tudi zelo razširjeno bolezen - shizofrenijo. Delujejo pa tudi na ostalih tkivih in organih (na primer: srce, pljuča, oprsje in želodec). Generalno obstajata dve poti signaliziranja Neuregulina-1, in sicer: Običajna ter neobičajna pot. Pri običajni poti je ErbB receptor aktiviran direktno, v enem koraku z vezavo Neuregulina-1. To najpogosteje povzroči dimerizacijo ali heterodimerizacijo ErbB receptorja. Dimerizacija ali heterodimerizacija sicer nista nujno potrebni, a vendar do njiju pride na skoraj vseh receptorjih ErbB. Ta združitev povzroči avto- in trans-fosforilacijo intracelularnih domen tega receptorja, kar aktivira vse nadaljnje poti signaliziranja. V končni fazi pa NRG1/ErbB signaliziranje vpliva direktno na transkripcijo. Pri neobičajni poti je postopek podoben, a vendar poteka začetna stopnja malo drugače. Na začetku namreč sodeluje JMa oblika receptorja ErbB4, ki se pod vplivom TACE cepi. Del receptorja (ErbB4-CTF) se odcepi v notranjost celice. Ta peptid je velik približno 80 kD in ima specifično izoblikovano vezavno mesto za Neuregulin-1. Nadaljnji procesi pa potekajo zelo podobno kot pri običajni signalni poti. Neuregulin-1 lahko povzroča shizofrenijo na različne načine, saj sodeluje pri zelo pomembnih procesih, kot so: tvorba sinaps, mielinizacija aksonov, razvoj oligodendrocit itd. Shizofrenija je zelo razširjena bolezen in nihče še ni odkril direktnega postopka k popolni odpravi te bolezni. A vendar, v letu 2009 se je zgodila neke vrste prelomnica v študiju shizofrenije. Odkrili so namreč, da posamezniki, ki so imeli gen za shizofrenijo niso zboleli. Še več! Napaka se jim je odrazila kot zvišanje kreativnih sposobnosti na znanstvenem ali umetniškem področju, odvisno od posameznika. Ob tem se je pojavilo mnogo vprašanj, saj bi na ta način mogoče lahko poiskali pot, da bi shizofrenija postala popolnoma ozdravljiva. A vendar, je to področje še raziskano, saj znanstveniki ne vedo po kakšnih poteh pride do tega, da te mutacije na NRG1 genu ne izrazijo v bolezenskem stanju.

Maša Mirković: Proteinski produkti genov za disleksijo in z disleksijo povezane motnje

Disleksija je motnja, ki se kaže v nesposobnosti branja oziroma razumevanja prebranega, ter napakah in težavah pri izgovarjanju besed. Disleksiki,kot imenujemo posameznike, ki trpijo za disleksijo, imajo kljub normalnim intelektualnim sposobnostim, znanjem in izobrazbo, moteni veščini pisanja in branja s tendenco, da pomešajo med seboj črke ali besede med branjem ali pisanjem. V zadnjih letih, so uspeli ugotoviti mesta na kromosomih, povezana z dovzetnostjo za disleksijo. DYX1C1,KIAA0319,DCDC2 in ROBO1, so bili označeni kot kandidati, z dovzetnostjo za disleksijo. Najbolj obetaven je protein KIAA0319. Je transmembranski protein iz desetih transmembranskih vijačnic, najden v plazemski membrani nevronov. Njegov C-terminalni konec gleda v ekstracelularni matriks, manjši N-terminalni konec pa prehaja v citoplazmo nevrona. C-terminalni konec je visoko glikoziliran in nosi 5 PKD(polycystyc kidney desease) domene in eno MANEC(motif at the N terminus with eight cysteines) domeno. KIAA0319 igra vlogo pri rasti možganov in njihovi migraciji med razvojem možganov-iz tega je razvidno, da je disleksija problem v razvoju nevronov že v zgodnjih letih. Posamezniki z disleksijo nosijo izoobliko tega proteina, ki povzroči nižjo izraženost le tega. Spremembe so v 5'-regiji, ki kodira izoobliko proteina. Najopaznejše povezave z disleksijo se kažejo v 2,3 kb regiji, ki zavzema promotor, prvi nepreveden ekson in del prvega introna – odprti kromatin. Te ugotovitve vodijo, da je 5'-regija KIAA0319 gena tista lokacija alelov, ki največ prispeva k motnji branja.

Katra Koman: INZULIN

Inzulin je peptidni hormon, ki sodeluje v uravnavanju ravni glukoze v krvi. Sintetizira in skladišči se v β-celicah Langerhansovih otočkov trebušne slinavke. Sinteza poteka od prekurzorske molekule preproinzulina preko proinzulina do dokončne zrele molekule inzulina, ki se shrani v skladiščnih veziklih. Ob povišanju ravni glukoze v krvi, na primer po obroku, glukoza, ki je tudi glavni stimulator sekrecije inzulina, iz krvi preide v β-celice skozi GLUT2 transporter. Tam se fosforilira v glukozo-6-fosfat, saj tako fosforilirana ne more več iz celice, lahko pa vstopi v proces glikolize, ki mu sledita še Krebsov cikel in oksidativna fosforilacija, ki povzroči pretvorbo ADP v ATP molekule. ATP molekula stimulira zaprtje kalijevih kanalčkov, kar privede do depolarizacije celične membrane, to pa sproži na odprtje kalcijevih kanalčkov in vdor Ca2+ ionov. Povišana koncentracija kalcijevih Ca2+ ionov v celici stimulira prenos in zlitje skladiščnih veziklov z inzulinom z membrano. Inzulin se tako sprosti v krvni obtok in potuje do tarčnih celic, ki imajo na površini izražene inzulinske receptorje. Ko se veže nanj, prenese signal o povišanju ravni glukoze v krvi v celico. To povzroči kaskado reakcij znotraj celice, ki pa na koncu privedejo do translokacije veziklov z GLUT4 transporterjev na površino celice. Število teh transporterjev za glukozo se na površini celične membrane poveča in glukoza lahko prehaja v celico, posledično pa pade raven glukoze v krvi. Razgradnja inzulina poteka v jetrih in ledvicah. Okvare na katerikoli stopnji poti inzulina se odražajo v diabetesu ali drugih boleznih.

Rok Štemberger: Protein GABAA (gama aminomaslena kislina A) - zgradba, vloga in zanimivosti

V svoji seminarski nalogi sem raziskoval vlogo, pomen in zanimivosti proteina GABAA (gama-aminomaslena kislina A). To je receptor, ki se nahaja predvsem v centralnem živčnem sistemu in je zadolžen zato, da opravlja funkcijo inhibitorja. Lociran je na površini nevrotičnih sinaps in prekinja elektrokemični signal, tako da omogoči prehod kloridnih ionov znotraj celice. To se zgodi takrat ko se ustrezen ligand Gama veže na aktivno mesto tega receptorja. Konformacija podenot se spremeni in to omogoči aktivacijo receptorja. Znanstveniki so ugotovili, da obstaja več vrst GABAA receptorjev, kar pa je odvisno od sestave podenot. Najbolj pogoste podenote so alfa beta in gama v razmerju 2:2:1. V primeru da do prekinitve ne pride se lahko pojavijo epileptični napadi, psihiatrične motnje itd. Stres lahko v dobi odraščanja močno vpliva na GABAA receptorje in jih tudi permanentno strukturno spremeni, kar pa lahko kasneje v našem življenju vpliva predvsem na naš spanec in njegovo kvaliteto. Absint je bila v preteklosti prepovedana pijača, saj je povzročala razna obolenja zaradi substance imenovane tujon. Le ta se je vezala na GABAA receptorje in tako onemogočila njegovo delovanje, zato ker je preprečevala prehod kloridnih ionov v membrano. Sedaj potekajo raziskave teh receptorjev, saj je ključnega pomena čim boljša ozdravitev bolezni, ki nastanejo zaradi nepravilnega delovanja GABAA receptorja.

Veronika Jarc: Perforin

Perforin je protein, ki nastane iz citotoksičnih limfocitov T. S pomočjo grancimov napade tarčno celico in jo uniči. Rečemo lahko, da je pomemben člen pri imunskem odzivu in sodeluje s NK celicami. Sestavljen je iz 555 aminokislin, njegova molekulska masa pa je 62-67 kD. Sestavljen je iz dveh pomembnih domen, domene MACPF in domene C2. Za domeno C2 je značilno, da ima afiniteto do Ca2+ ionov. Saj se na lipidni dvosloj veže le ob prisotnosti kalcija. Drugače obstajata dva različna tipa C2 domene, ki sta bila izolirana iz različnih organizmov. Lahko rečemo, da sta oba tipa zelo podobna v tem, da sta pri tipu 1 N-konec in C-konec obrnjena na vrh domene, kar je nasprotno kot pri tipu 2. Poznamo tri MACPF domene: Plu-MACPF, C8a MACPF in lipokalin C8g. Vse te domene primerjamo z skupino proteinov citolizinov in ugotovimo nekaj podobnosti in nekaj razlik. Na splošno, pa lahko rečemo, da je evolucija poskrbela tako, da so sta si domena MACPF in citolizini raszlični le v nekaj aminokislinah. Poznamo tri mehanizme kako perforin preide v tarčno celico in pri tem pomaga gramcimom B uničit to celico. Prvi mehanizem je prehajanje preko perforinske pore in sicer s pomočjo veziklov preide v celico. Naslednji mehanizem je endosomolitični model, pri katerem je pomemben kompleks s pomočjo katerega prehaja v celico. Kot zadnji mehanizem pa je model prehodne perforinske pore, ki pove, da perforin tvori kanalčke s pomočjo katerih grancimi B preidejo direktno v celico. Grancimi B so serinske proteaze, ki se sintetizirajo v citotoksičnih limfocitih T in NK celicah.

Taja Karner: Glavoboli in migrene

Zaradi stresnega in hitrega tempa življenja, vse več ljudi trpi za občasnimi glavoboli, ki so najpogosteje posledica utrujenosti. Prav tako je vedno več ljudi, ki trpijo za močnejšimi oblikami glavobolov imenovanih migrene. V hujših oblikah migrene lahko glavobol traja do dva dni, močno migreno lahko spremljajo še drugi simptomi kot so slabost, bruhanje, občutljivost na svetlobo in močan zvok, depresija ter nespečnost. Mutacija, ki je največji krivec za nastanek bolezni se pojavlja na kromosomu 10 na genu KCNK18. Ta zapisuje protein TRESK, ki se nahaja v hrbtenjači in deluje kot kalijev kanalček. Mutacija povzroči, da ne pride do izmenjavanja ionov, kar povzroči hude glavobole. V raziskavah so odkrili zanimivo povezavo z anestetikom. Ta namreč ne glede na mutacijo ponovno aktivira kanal. To bi lahko učinkovito pozdravilo migrene, če bi ga le uspeli spraviti v primerno obliko. Ugotovili so tudi, da zdravila, ki vsebujejo citosporin in takrolimus v večini primerov povzročajo migrene v zdravstvu pa jih še vseeno pogosto uporabljajo. Odkritje te mutacije predstavlja revolucijo v zdravstvu in verjamem, da bo kmalu vodilo do odkritja učinkovitega zdravila proti migrenam.

Ana Dolinar: Univerzalna kri – prihodnost transfuzijske medicine?

α-galaktozidaza (AGAL_HUMAN) je glikozil-hidrolazni encim. Spada v GH27-D (klan D, 27. družina) in ima aktivno mesto v obliki (β/α)8 sodčka. Encim zapisuje gen GLA, ki se nahaja na kromosomu X.

Ideja o univerzalni krvi, ki bi bila primerna za transfuzijo, ne glede na krvno skupino pacienta, je med znanstveniki prisotna že približno trideset let. Razvili so tri metode za pretvorbo različnih antigenov v antigen 0 (po sistemu AB0), ki je primeren za transfuzijo v vse krvne skupine.

1. Encimska razgradnja antigenov A in B do antigena 0. Za antigene A so uporabili α-N-acetilgalaktozaminidazo, vendar so antigeni preveč kompleksni in metoda ni bila uspešna. Pri antigenih B so dosegli popolno pretvorbo v antigen 0 z uporabo α-galaktozidaze iz bakterije Streptomyces griseoplanus.
2. Prekrivanje površine eritrocitov z maleimidofenil-polietilen-glikolom (Mal-Phe-PEG). Prekrije vse antigene, ne samo A ali B, vendar metoda ni uspešna, ker polietilen-glikol povzroča imunski odziv.
3. Pridobivanje univerzalnih rdečih krvnih celic iz pluripotentnih matičnih celic. Uspeli so pridobiti zrele eritrocite, ki so popolnoma funkcionalni.

Uporaba univerzalne krvi bi zmanjšala ali celo izničila imunski odziv ob transfuziji, prav tako ne bi bilo možnosti za transfuzijo napačne krvne skupne zaradi človeške napake. Metode trenutno niso dovolj izpopolnjene, da bi bilo možno pričakovati njeno uporabo v bližnji prihodnosti.

Maša Mohar: Moški ali ženska to je sedaj vprašanje?(SRY - faktor za določitev spola)

SRY gen kodira Sry protein ki je član družine Sox (Sry related HMG box) transkripcijskih faktorjev. Poznamo jih okoli 20 pri človeku in miškah ter še mnogo drugih. Sox proteini imajo zelo različne vloge v embriogenezi in pri razvoju mnogih drugih organov. Tipično delujejo tako kot nekakšna stikala v diferenciaciji celic- sprožijo razvoj določenih celic. Sry je prav tako kot ostali člani te družine karakteriziran po HMG( high mobility group). HMG je drugače skupina specifičnih transkripcijskih faktorjev, ki imajo ~ 80 AK dolge strukturalno podobne domene za vezavo na DNA. Te domene oz. domena če je samo ena se veže na zaporedje (A/T)ACAA(T/A) v majhni žleb DNA. S tem ustvari zvitje DNA za približno 60- 85 stopinj. S tem ko se DNA zvije se razkrijejo mesta za izražanje drugih genov, recimo Sox9, ki kodira Sox9 protein ki pomaga pri diferenciaciji Sertoli celic in tako pri oblikovanju testisov, s tem pa determinira moški spol. Ugotovili smo tudi da obstaja veliko genskih bolezni povezanih s Sry genom in da lahko obstaja tudi ženska z XY spolnima kromosomoma, ker se pri njej zaradi mutacij Sry protein ne izrazi, prav tako pa obstajajo tudi moški z XX spolnima koromosomoma, kjer se enem od X kromosomov lahko izrazi SRY gen ob nepravilnostih pri očetovem delu zapisa. V bistvu sem prišla do zaključka da je zelo tanka meja med moškim in ženskim oblikovanjem spola, ena majhna mutacija oz. ena majhna razlika lahko privede do nastanka ženske ali moškega.

Urška Rauter: A Green Glow: zgradba in funkcija encima luciferaze

Luciferaza je encim odvisen od ATP in magnezijevih ionov. Proces bioluminiscence se začne z vezavo na substrat luciferin, tvori se adenilatni intermediat in ob prisotnosti molekularnega kisika izhaja svetloba. Luciferaza je zgrajena iz dveh ločenih domen, večja se nahaja na N-koncu in manjša na C-koncu molekule, večja domena pa ima tudi svoje poddomene. Domeni sta med seboj ločeni z razpoko, kjer naj bi se po domnevanjih nahajalo tudi aktivno mesto encima. Luciferaza predstavlja tudi nov način mehanizma tvorbe adenilatnega intermediata med encimi in ponuja razlago za marsikatero metabolično pot. Velika dilema, ki me med znanstveniki ostaja pa je razlika v barvi svetlobe, ki jo proces oksidacije luciferina emitira. Najverjetneje je za to odločilna keto tavtomerna oblika oksiluciferina in tudi resnonančna stabilizacija njegovega fenolatnega aniona, čeprav so znanstveniki odkrili tudi veliko drugih možnih vzrokov za različne barve (različne aminokisline, polarnost okolja, pH, ...). Luciferaza se veliko uporablja v medicini, kjer služi kot marker molekul v telesu in tako pripomore k boljšem razumevanju različnih bolezni in infekcij, kot tudi sami strukturi celic in njenih organelov.

Mirjam Kmetič: Mint condition (limonen-3-hidroksilaza in limonen-6-hidroksilaza)

Klasasta meta vsebuje encim limonen-6-hidroksilazo, ki sodeluje pri pridobivanju karvona. Poprova meta pa vsebuje limonen-3-hidroksilazo, ki je udeležena pri proizvodnji mentola. Obe hidroksilazi pripadata družini citokromov P450, njeni predstavniki pomembno sodelujejo pri proizvajanju različnih oksidiranih monoterpenov, ki so vir arom eteričnih olj. Karvon in mentol sta končna produkta hidroksilacije limonena. Ta encima sta si zelo podobna in njuni vezavni mesti za substrat sta zelo omejeni. Velja pravilo, da za spremembo aktivnosti v družini citokromov P450 potrebujemo določeno število mutacij, vendar je za modifikacijo vezavne aktivnosti limonenovih hidroksilaz potrebna samo ena. Ta fenilalanin v izolevcin mutacija povzroči, da se limonen-6-hidroksilaza spremeni v limonen-3-hidroksilazo! Mutiran encim je tako sposoben sinteze mentola tako kot encim v poprovi meti! Taka mutacija kaže, da sta prav ti dve aminokislini ne le nujni, temveč tudi prav zagotovo vpleteni pri orientaciji limonena v aktivnem mestu tako, da se ta hidroksilizira na ali C3 ali C6 poziciji. Posamične mutacije, ki lahko drastično spremenijo funkcijo proteina, so znanstveno zanimive. Nakazujejo ne le na zelo specifične manjše regije v sekvenici proteina, temveč so tudi ključne za razumevanje področij, kot so vezava in orientacija substrata, funkcija encima, metabolična pot in struktura vezavnega mesta.

Sandi Botonjić: Kokain esteraza

Znanstveniki so v rizosferi kokinih plantaž (Erythroxylum coca) našli sev MB1, gram pozitivne bakterije Rhodococcus sp.. Tej bakteriji kokain predstavlja glavni vir ogljika in dušika in zato so znanstveniki izolirali osrednji encim njenega metabolizma tj. kokain esterazo (v nadaljevanju cocE). Encim je sestavljen iz treh domen: DOM1, ki vsebuje nabor kanoničnih α-vijačnic in β-ploskev; DOM2 - domena le z α-vijačnicami; in DOM3 je roladi podobna struktura z β-ploskvami. CocE je serinska esteraza, katere aktivno mesto se nahaja na stičišču vseh treh domen. Ta hidrolizira kokain na ekgonil metil ester in benzojsko kislino, ki nimata psihoaktivnih učinkov. CocE je pravi Ferrari v primerjavi z drugimi esterazami, saj lahko razgradi enako količino kokaina 1000 krat hitreje. Tako lahko postane neprecenljiva pri nujnih intervencijah v primeru prevelikega odmerka, saj bi intravenozni vbrizg cocE močno zmanjšal razpolovni čas kokaina. CocE je predmet številnih raziskav, v katerih znanstveniki proučujejo njeno termostabilnost in njenih mutiranih oblik, saj njen razpolovni čas pri fiziološki temperaturi traja le nekaj minut. Znanstveniki pa na podlagi ugotovitev iz raziskav cocE razvijajo tudi učinkovita protitelesa z vsaj podobnimi katalitičnimi parametri, ki bi brez imunskega odziva odlično delovala v bioloških sistemih.