BIO2 Povzetki seminarjev 2014

Biokemija- Povzetki seminarjev 2014/2015

Nazaj na osnovno stran

Tadej Ulčnik: Različna dinamika in aktivnost dveh steroidnih receptorjev na istem promotorju

Transkripcijski faktorji so proteini, ki se specifično vežejo na DNA ter s tem omogočijo vezavo RNA polimeraze. Delujejo kot regulatorji izražanja genov. Primer transkripcijskih faktorjev so jedrni steroidni receptorji. Steroidni receptorji se nahajajo v citosolu in se aktivirajo ob vezavi steroidnih hormonov. Določeni vsebujejo med sabo podobno domeno, s katero se lahko več različnih receptorjev veže na isto zaporedje na promotorju. Še vedno ni znano kaj vse vpliva na potek translacije, tudi sami mehanizmi delovanja ostajajo še skrivnost. Primerjava aktivnosti in dinamike dveh podobnih steroidnih receptorjev, androgenega in glukokortikoidnega, ki imata v celici vlogo transkripcijskih faktorjev, je pokazala, da čeprav sta si receptorja podobna, to ne velja za njuno delovanje. Na promotorju nista bila ves čas prisotna v enaki količini, tudi količina prepisanega gena je bila različna. Ob dodatku inhibitorjev sta ta različno uspešno preprečevala transkripcijo, kar se je poznalo pri številu vezanih polimeraz in pri količini prepisanih mRNA. Za ta konkretni primer je bilo dokazano, da čeprav sta oba receptorja vplivala na izražanje gena, nista delovala na enak način in v enaki meri. Kaj vse je vplivalo na to je težko določiti, tako da to ostaja predmet nadaljnjih raziskav.

Dominik Dekleva: Aktivacija GPCR-jev v povezavi z vodo

Pomanjkljivosti do sedaj znanih metod za preučevanje proteinov, kot sta NMR- spektroskopija in rentgenska difrakcija, se kažejo, med drugim, pri preučevanju različnih proteinov in receptorjev, udeleženih v biosignalnih poti na atomarnem nivoju. Statične strukture nam ne povedo veliko o reorganizaciji vezi in dinamiki spreminjajočih se interakcij v proteinih, ki so ključne pri signalizacijskih poteh v celicah. Z uporabo nove metode, molekularnih dinamičnih (MD) simulacij, za katero stoji precej statistične matematike, lahko modele makromolekul opazujemo na atomarnem nivoju ter v mikrosekundnem časovnem oknu. Uporabnost omenjene metode se je dobro obnesla tudi v primeru švicarskih znanstvenikov iz Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, ki so preiskovali vlogo vode pri aktivaciji treh prototipskih GPCR-jev: adenozin A2A R, β2-adrenergični receptor in rodopsin, kar bom povzel v nadaljevanju. Dokazali so, da se z vezavo liganda znotraj sedmih α-vijačnic GPCR vzpostavi urejen vodni tunel, ki močno vpliva na spremembo konformacije proteina GPCR-ja, ki se zgodi zaradi reorganizacije številnih vodikovih vezi v notranjosti proteina GPCR. Ob vezavi liganda na molekulo GPCR se torej ustvari vodni tunel v molekuli, kar omogoča nadaljnjo signalizacijo in ustrezen odziv celice na primarni sporočevalec.

Nuša Kelhar: Soodvisnost oblike membrane in medceličnega sporočanja

Celična membrana ali plazmalema je nekakšen ovoj celice, ki služi predvsem kot selektivna pregrada med celično zunanjostjo in notranjostjo. Sestavljena je iz lipidnega dvosloja in številnih proteinov, ki so povezani z membrano ali so vezani nanjo. Celične membrane se stalno spreminjajo zaradi odcepljanja in zlivanja veziklov ter zaradi interakcij z dinamičnim citoskeletom. Površina in oblika membrane močno vplivata na učinkovitost njene signalne aktivnosti. Ker reakcije pri prenosu signalov vključujejo tudi membranske komponente in vplivajo na citoskeletsko dinamiko, se s tem spreminja oblika membrane in oblika celice. Če poznamo odvisnost signalizacije od teh mehanizmov lahko že iz oblike celice napovemo, kakšne signale je prenesla ali prejela pred kratkim in prepoznamo nekatere znake nepravilnega delovanja signalnih poti, kar je pomembno pri identifikaciji rakavih celic in zdravljenju. Pomembni mehanizmi, s katerimi membrana sodeluje pri sporočanju so redukcija dimenzij, kjer se spremeni prostor gibanja delcev, ukrivljanje zaradi prostorskih gradientov receptorjev, kjer se receptorji združujejo na membranskih izboklinah in nato lateralno prehajajo, in sodelovanje s citoskeletom, ki izbokline stabilizira in omogoča, da delujejo kot nekakšna tipala. Pogledali si bomo tudi primere delovanja nekaterih načinov sporočanja med celicami in reakcije na določene signale, nekaj pa bomo povedali še o tem, kako njihovo nepravilno delovanje vpliva na razvoj rakavih celic.

Luka Lavrič: Glikoliza - Metabolizem v možganih

V svoji seminarski nalogi, sem se osredotočil na metabolizem v možganih. Za osnovni članek, sem si izbral temo, ki preučuje kakšni so vplivi na nevrone in astrocite, živčne celice, ki se nahajajo v možganih. Opisal sem raziskave in odzive astrocitov in nevronov na dušikov oksid, ki so jih izvedli na miših. Zaradi dušikovega oksida pride do zaviranja mitohondričnega dihanja, zaradi katerega nevroni hitro umrejo, medtem, ko astrociti izkoriščajo glikolizo-tipično-generirano ATP za povečanje svoje potencialne mitohondrijske membrane, s čimer postajajo vse bolj odporni na pro-apoptotične dražljaje. Nevroni ne morejo povečati glikolize zaradi pomanjkanja aktivnosti-glikolizne spodbude encima 6-fosfofrukto-2-kinaza / fruktoza 2,6-bisfosfatna izooblika 3 (PFKFB3), ki je pomemben za aktivacijo 6-fosfofrukto-1-kinaze (PFK1), ki je glavni regluator glikolize. V nevronih, se PFKFB3 neprestano razgrajuje preko E3 ubikvitin ligaze, ki spodbuja kompleksne/cyclosome (APC / C) - CDH1. Metabolizem glukoze v nevronih je usmerjen predvsem po poti pentoze-fosfata, ki vodi do regeneracije glutationa, ki je za nas zelo pomemben. Regulacija aktivnosti PFKFB3 s APC/C-CDH1 sistemom proteasoma je pomembna za razumevanje presnove glukoze, bioenergetsko oskrbo in po možnosti odziva na stres v delujočih možganih. Pri nevronih je visoka aktivnost regulatornega sistema APC/C-CDH1 vključena v preusmeritev presnove glukoze v smeri regeneracije reduciranega glutationa.

Primož Tič: Primanjkljaj encima piruvat karboksilaze

Citratni cikel je pomemben člen metabolizma, saj njegovi intermediati vstopajo v mnoge anabolne poti. Zato so vsakršne napake v njegovem delovanju lahko usodne za organizem. Zelo pomemben encim citratnega cikla je piruvat karboksilaza, ki spremeni piruvat v oksaloacetat. Oksaloacetat je pomemben intermediat, saj lahko vstopi npr. v cikel glukoneogeneze in tako prepreči laktatno acidozo, ki je skupni simptom te metabolne okvare. Ker je cilj metabolizma proizvodnja energije v obliki molekul ATP, se celica na moteno delovanje metabolizma odzove s senzornimi proteini AMPK (AMP-activated protein kinase). Proteini spodbudijo katabolne procese, kjer nastajajo molekule ATP in zavirajo neesencialne anabolne procese, kjer se ATP porablja. Obratno deluje protein mTOR (mammalian target of rapamycin), ki spodbuja sintezo maščobnih kislin, proteinov in ogljikovih hidratov. Poznamo tri tipe bolezni: tip A, tip B in tip C. Najhujša oblika je tip B, kjer oseba umre v roku treh mesecev po rojstvu. Zaenkrat se bolezen še ne da zdraviti, jo pa lahko blažimo npr. z anaplerotično dieto. Anaplerotične reackije nadomeščajo intermediate npr. v citratnem ciklu, ko jih je malo. Anaplerotična dieta izkorišča alternativne intermediate, ki lahko zaobidejo nedelujoče encime in poteka metabolizem normalno. Tako se vsaj približno vzpostavi homeostaza celice. Primer takšnega intermediata je triglicerid triheptanoin, ki se lahko vključi v citratni cikel. V prihodnosti bi lahko takšne in podobne okvare zdravili z gensko terapijo.

Naida Hajdarević: Skrivnost metformina končno odkrita?

Metformin je eno najučinkovitejših zdravil za zdravljenje diabetesa tipa 2, saj zmanjša hepatično glukoneogenezo brez povečanja izločanja inzulina, povečanja telesne teže ali tveganja za razvoj hipoglikemije. Kljub temu, da se pacientom z diabetesom tipa 2 predpisuje že več kot pol stoletja, je njegov mehanizem delovanja prava uganka. Raziskav na to temo je malo morje, z vsako so bili znanstveniki korak bližje odkritju skrivnosti metformina. Tako so leta 2000 v eni izmed raziskav prišli do prvega pravega zaključka: terapija z metforminom pri diabetikih zniža stopnjo proizvodnje glukoze preko inhibicije glukoneogeneze. Odgovoru, kako metformin inhibira glukoneogenezo, je bila bližje naslednja skupina raziskovalcev, ki je ugotovila, da je primarno mesto njegovega delovanja preko direktne inhibicije kompleksa I dihalne verige. Tako smo korak za korakom prišli do zadnjih raziskav, ki so mehanizem delovanja metformina razložile še natančneje – pokazale so, da metformin nekompetativno inhibira encim glicerol-3-fosfat dehidrogenazo, kar zmanjša pretvorbo laktata in glicerola ter zmanjša hepatično glukoneogenezo.

Marija Srnko: Fosfofruktokinaza: Posrednik med glikolitičnim pretokom in razvojem tumorja

Rak-bolezen sodobne družbe. V večini primerov se njegova rast prične iz neznanih vzrokov. Neznan dražljaj v telesu sproži spremembe v genih in kot posledica se pojavi nenadzorovana in hitra rast spremenjenih celic. Določen delež obolenj pa je tudi dedno pogojen. Torej se mutacija genov prenaša iz generacije v generacijo. Že samo zdrav življenjski slog pa lahko pripomore k manjšemu tveganju za njegov razvoj. S hitrejšo rastjo oziroma poliferacijo celic pa pride do sprememba v metabolizmu. Bistvena razlika v primerjavi z metabolizmom normalnih celic je povečana potreba po glukozi. Kar bi lahko povezali s povečano potrebo makromolekul, potrebnih za pospešeno rast celic. Dosedanje najučinkovitejše zdravljenje temelji na kemoterapiji. Vendar si znanstveniki prizadevajo odkritje za organizem manj škodljivih snovi in procesov zdravljenja. V dani nalogi sem se posvetila zbiranju podatkov iz raziskav, ki temeljijo na inhibiranju glikoliznih reakcij. Izpostaviti sem žele encime oz reakcija na katerih je bilo do sedaj izvedenih največ poskusov in dejansko pomujajo možnosti za razvoj pacientu prijaznejšega zdravljenja. Zanimalo me je kakšen vpliv bi imela redukcija določenih reakcij na druga tkiva. Nekaj pozornosti pa sem namenila tudi razvoju nanotehnologije, ki bo kljub odkritju mehanizma inhibicije igrala pomembno vlogo pri transportu substratov do prizadetega tkiva.

Vesna Podgrajšek: Mitohondrijski metabolizem je potreben za znotrajcelično rast toxoplasme gondii

Toxoplasma gondii je znotrajcelična pražival in povzroča bolezen toksoplazmozo. Toxoplasma gondii pospešeno raste znotraj gostiteljevih vakuol, kjer se za svojo rast in replikacijo zanaša na gostiteljev ogljik in hranila. Ena izmed oblik parazita je tahizoit, kateri so se sposobni razmnoževati in napadati v vsakršni gostiteljski celici z jedrom. Proučevali in primerjali so metabolno pot ogljika v znotrajcelični in sproščeni oz. zunajcelični stopnji parazita. Ugotovili so, da toxoplasma gondii v znotrajcelični stopnji, aktivno katabolizira gostiteljevo glukozo preko cikla citronske kisline (TCA). Te stopnje tudi katabolizirajo glutamin preko TCA cikla in nepričakovane poti γ-aminobuturične kisline (GABA), ki generira molekule, ki vstopijo v TCA cikel. Mehanizem preoblikovanja piruvata v acetil-CoA še obstaja nepojasnjen. Kemiča inhibicija (NaFAc) TCA cikla popolnoma prepreči znotrajcelično replikacijo parazita, kar pomeni da je potrebna popolna aktivnost TCA cikla. Paraziti, ki jim manjka GABA pot, imajo zavrto rast in niso sposobni ohraniti motiliteto pod razmerami, kjer so hranila omejena, kar nakazuje, da ima GABA funkcijo kratkotrajne rezerve energije. Zatorej ima toxoplasma gondii tahizoiti metabolno fleksebilnost, ki najverjetneje dovoljuje zajedalcem inficiranje različnih tipov celic.