BIO2 Povzetki seminarjev 2023

POVZETKI SEMINARJEV BIOKEMIJA 2023/24

Anja Kokol - Pomen kompertmentalizirane signalizacije v membranskih raftih pri razvoju raka

Raziskovanje lipidnih raftov, membranskih domen, bogatih s holesterolom in sfingolipidi, je izboljšalo razumevanje celične membrane pri signalni transdukciji. Te sortirne platforme igrajo ključno vlogo pri kompartmentalizaciji signalnih poti in s tem spodbujajo ali zavirajo preživetje, smrt in metastazo tumorskih celic. Transformirane celice vsebujejo višjo raven znotrajceličnega holesterola in s tem posledično več membranskih raftov. Rafti so, zraven prenosa signalov, pomembni za aktivacijo receptorjev, endocitozo, znotrajcelični promet in organizacijo z lipidi in proteini. V obliki lipidnih lupin zagotavljajo proteinom, ki so jih tako ločili od ostalih, primerno mikrookolje in s pomočjo takšnega mehanizma vklopijo ali izklopijo določene poti prenosa signala. Na celične procese pomembno vpliva asimetrija holesterola v plazemski membrani, ki se vzdržuje z aktivnim transportom holesterola iz notranjega v zunanji del. Zaradi prenosa signala po lipidnih raftih lahko pride do prekomerne ekspresije in aktivacije številnih poti in sistemov rastnih faktorjev, kar pripomore k razvoju tumorja. Eden od njih je tudi aktivator signalne poti PI3K/AKT, ki je pomemben udeleženec pri nastanku raka. Značilnost sesalskih celic je prisotnost receptorjev smrti na njihovi površini. Ti zagotavljajo sposobnost apoptoze. Ligandi receptorjev smrti sprožijo značilno signalizacijo preko oligomerizacije receptorjev, kar posledično povzroči rekrutiranje specializiranih adapterskih proteinov znotraj lipidnih raftov. S preučevanjem membranskih raftov se je rodil tudi koncept CASMER, s pomočjo katerega se je razvila nova ideja zdravljenja raka.

Vid Kozel - Vloga onkogenov in tumor zavirajočih genov pri razvoju raka

Onkogeni kodirajo okvarjene proteine ter s tem povzročajo tumorje. Nastanejo iz spremenjenih proto-onkogenov. Za naše zdravje so zelo nevarni, saj spodbujajo delovanje procesov, ki vodijo do raka. Aktivirajo se zaradi genetske spremembe proto-onkogenov, najpogosteje do tega pride zaradi točkovnih mutacij; mutacije z večjo funkcionalnostjo, kromosomske translokacije, virusna integracija, epigenetske spremembe, spremembe regulatornih proteinov. Tumor zavirajoči geni ali tumorski supresorji tvorijo regulatorne proteine, ki preprečujejo delitev rakavih celic ter spodbujajo popravljanje DNA. Aktivirajo se s transkripcijsko aktivacijo, posttranslacijskimi modifikacijami ali interakcijami med proteini. Njihova glavna naloga je vzdrževanje genoma, prav tako pa preprečujejo nenadzorovano rast celic. Pot RAS-RAF-MEK-ERK je signalna pot onkogenov, ki ima vlogo pri rasti, delitvi, preživetju in diferenciaciji celic. Njena nenormalna aktivacija lahko povzroči nastanek tumorjev. Pot se začne z aktivacijo RAS, do katere pride zaradi zunajceličnih signalov. RAS potem aktivira še RAF in sproži kaskado fosforilacije. Nato se aktivira MEK, ki sproži dvojno fosforilacijo in aktivira ERK, aktivacija le-te pa vodi do razmnoževanja, preživetja ali diferenciacije celic. TP53 je gen, ki kodira tumor supresorski protein p53, ta pa zatira tumorje. Na poškodbe DNA odgovarja tako, da ustavi celični cikel ter nato popravi DNA, sproži apoptozo ali pa senescenco. Njegovo delovanje inhibira MDM2, ki ga lahko dodatno stabilizira MDM4. Ob mutacijah na TP53, ter posledično na P53, ta izgubi sposobnost obrambe proti tumorjem. Z ugotavljanjem mutacij onkogenov/tumorskih supresorjev, ali s tem da ti služijo kot biomarkerji, lahko zdravniki napovejo verjetno napredovanje raka ter izberejo ustrezno zdravljenje.

Nina Majerle - Z G-proteini sklopljeni vzorčno prepoznavni receptorji izraženi v nevtrofilcih

Nevtrofilci so najpogostejši levkociti v človeški krvi in so ključnega pomena za pravilno delovanje imunskega sistema. Na površini izražajo različne receptorje, ki prepoznavajo molekulske vzorce tipične za patogene organizme in za poškodovane gostiteljske celice. Ti receptorji so ključnega pomena za delovanje nevtrofilcev, saj jim omogočajo regulacijo vnetnega odziva, diferenciacijo, priklic drugih celic imunskega sistema in fagocitozo. Mnogi od teh receptorjev pripadajo družini z G-proteini sklopljenih receptorjev. GPCR-ji imajo značilno strukturo sedmih α-vijačnic, prenos signala prek GPCR-jev pa največkrat poteka preko heterotrimernih G-proteinov. Seminarska naloga obravnava tako splošne značilnosti GPCR-jev, kot tudi podrobneje opiše mehanizme delovanja in funkcije nekaterih bolj znanih GPCR-jev izraženih na membranah nevtrofilcev, ki delujejo po principu vzorčnega prepoznavanja: družina formil peptidnih receptorjev (FPRs), purinergični receptor P2Y2R in dva člana družine receptorjev prostih maščobnih kislin FFA2R in GPR84. Poleg tega prek relevantnih primerov razlaga nekatere ključne pojme in koncepte v biokemiji kot so ortosterično vezavno mesto, alosterični receptorski modulatorji, vzorčno prepoznavanje, homologna in heterologna desenzibilizacija, receptorska transaktivacija, funkcionalna selektivnost in pa tudi pojme, ki se nanašajo na same nevtrofilce kot sta kemotaksija in primiranje. Na koncu se seminarska naloga naveže še na uporabnost poznavanja strukture in delovanja GPCR-jev izraženih v nevtrofilcih pri zdravljenju različnih imunskih obolenj.

Jakob Urh Veler - Gvanilil ciklaze kot ključni receptorji in encimi pri celični biosignalizaciji

Družina proteinov gvanilat ciklaze/gvanilil ciklaze (GC) v svoji katalitični domeni ciklizirajo GTP v cGMP. Ciklični GMP je sekundarni sporočevalec. Z nadaljno kaskado vpliva na protein kinaze (cGK), fosfodiesteraze (PDE) in ionske kanalčke (CNG). So pomembne za pravilno delovanje več organskih sistemov. Glede na strukturne, funkcionalne in regulatorne značilnosti GC delimo na membranske (mGC/pGC) in topne (sGC) oblike. Poznamo tipične in atipične sGC. Po priporočeni nomenklaturi poznamo 7 tipov mGC: MG-A, MG-B, MG-C, MG-D, MG-E, MG-F in MG-G. Vlogo encima in receptorja opravljajo topne gvanilil ciklaze v citosolu in membranske na celični membrani. Aktivirane so lahko tudi z endogenim NO, O2, HCO3-, natriuretskimi hormoni in s Ca2+-vezanimi proteini. V nadaljevanju podrobneje opisana aktivacija sGC z NO ter aktivacija GC-A z atrijskim natriuretskim hormonom (ANF). Z manipulacijo genov za zapis gvanilil ciklaz so odkrili njihove vloge v celicah in pomen specifičnih domen. Z različno stopnjo izražanja izoencimov je v celicah visoka diverziteta GC, zato je to mrežo signalizacije brez in vivo opazovanja zahtevno raziskovati. Približno 60 let že raziskujejo gvanilil ciklaze. Razumevanje te signalne poti je ključnega pomena za zdravljenje določenih bolezenskih stanj, saj imajo zdravila več tarčnih mest za delovanje.

Domen Trontelj - G protein sklopljeni receptorji v fiziologiji okusa in farmakologiji

G protein sklopljeni receptorji (GPCR), predstavljajo največjo družino receptorjev pri sesalcih in so ključni za uravnavanje večine fizioloških funkcij. Poleg posredovanja pri zaznavi vonja in vida, so prav tako prenašalci signala treh osnovnih okusov- sladko, umami in grenko, prav tako pa so ključnega pomena pri zaznavanju okusa kokumi. Nahajajo se v specializiranih okuševalnih celicah (TRC) znotraj brbončic. Tip I okuševalnih GPCR-jev (TAS1R) so heterodimerni kompleksi, ki skužijo kot receptorji za sladko (TAS1R2/TAS1R3) ali umami (TAS1R1/TAS1R3) okus, medtem ko Tip II obsega monomerne receptorje za grenak okus ali pa kokumi/kalcijeve receptorje. Receptorji za sladko, umami in kokumi delijo strukturne podobnosti, saj vsebujejo več mest za vezavo agonistov z izrazito selektivnostjo, medtem ko večina grenkih receptorjev vsebuje le eno vezavno mesto, ki neselektivno sprejme veliko različnih ligandov. Vezava agonistov na receptor aktivira sekundarnih prenašalce, kar privede do vdora kalcija, to vodi do depolarizacije celice in na koncu sprostitve nevrotransmiterja. Kljub nedavnim napredkom na področju raziskav konformacijskih sprememb, potrebnih za aktivacijo receptorja, ostaja še veliko nerešenih. V zadnjih letih so različni pristopi, ki združujejo heterologno izražanje, mutagenezo, homologno modeliranje in knockout študije na miših, skupaj ponudili vpogled v strukturo in pozicijo vezavnih mest za ligande in mehanizme ortosterične in alosterične modulacije.

Karin Kunstelj - Potencialne terapije zdravljenja akutne mielonične levkemije najdene prav v metabolizmu celic kostnega mozga in njegovega mikrookolja

Izogibanje detekciji in odgovoru imunskega odziva sodi med glavne težave levkemije poleg neuspešne imunoterapije. Burne poti mikrookolja so v ozadju odgovora tako rakavih kot zdravil celic, problem pa se pojavi, ko rakave celice prevzamejo vodilno vlogo metabolizmov in nadzorujejo reakcije sebi v prid. Mednje spadata tudi produkcija energije in izogibanje detekciji in pa odgovoru imunskih celic. Novo možnost terapije bi potemtakem lahko predstavljalo ciljanje povezav med mikrookoljem kostnega mozga in levkemičnimi celicami. V seminarju je podrobno opisano mikrookolje kostnega mozga, pomembne metabolične poti ogljikovih hidratov, aminokislin in maščobnih kislin. Opisani so tudi procesi levkemičnih celic, ki zdravljenju povzročajo težave in neuspešnost. Prav tako opozori na nove potencialne terapije zdravljenja akutne mielonične levkemije. Svoj fokus orientirajo in najdejo prav v mikrookolju kostnega mozga in problematičnih levkemičnih celic. Metabolizem levkemičnih celic, ki povzroča obolenja in preglavice tako obrne v svoj prid. Na koncu pa še poudari na pomembnost dodatnih raziskav in študij zaradi nedovršenih, premalo eksaktnih in pa preveč nasprotujočih-si rezultatov.

Tonja Oman Sušnik - Metabolizem glukoze, senescenca živčnih celic in Alzheimerjeva bolezen

Alzheimerjeva bolezen je nevrodegenerativna bolezen z visoko pojavnostjo predvsem med starejšimi. Pri njej sčasoma pride do upada miselnih sposobnosti in razvoja drugih psiholoških motenj. Njen razvoj je sicer že precej dobro raziskan, a zdravila, ki bi v celoti odpravil škodo storjeno na možganih, še ne poznamo. Tekom same bolezni se prepleta mnogo simptomov, ki so odvisni eden od drugega. To so med drugimi inzulinska rezistenca, celična senescenca, nevroinflamacija, nalaganje proteinskih plakov in oslabljen metabolizem glukoze. Najpomembnejša pri tem je celična senescenca, ki je v močni povezavi s staranjem. Ta napade tako živčne celice kot tudi glialne celice in povzroči nalaganje proteinov ter oslabljeno energijsko proizvodnjo celice. Slabša energetska preskrbljenost, kar je za nevrone izredno nevarno in se odraža v njihovem slabšem delovanju ter zmanjšani sinaptični plastičnosti, pa je tudi posledica zmanjšanega prevzema glukoze. Z boleznijo se število glukoznih transporterjev zmanjšuje, veča pa se inzulinska rezistenca. Nevroni zato ne sprejmejo dovolj glukoze za proizvodnjo ATP. Kako bi samo znanje o teh fizioloških okvarah prenesli na zdravljenje, še ni znano, a na to temo poteka mnogo tekočih raziskav. Najbolj ugodno bi bilo odstranjevanje senescentih celic, neposredno targetiranje glukoznega metabolizma ali razbijanje proteinskih plakov. Pozitivne rezultate dajejo tudi raziskave, kjer so opazovali odzivnost metabolizma glukoze na srednje intenzivno vadbo. Ta se je že pri enkrat tedenski vadbi močno izboljšal, napredovanje bolezni pa skoraj popolnoma zaustavilo.

Jan Hvalec - Uravnavanje metabolizma endotelijskih in imunskih celic

Endotelijske celice gradijo notranjo površino žil. Njihova funkcija je tesno povezana z ohranjanjem homeostaze tkiv, regulacijo krvnega pretoka in angiogeneze. Za opravljanje svoje naloge imajo prilagojen metabolizem z znižano stopnjo oksidativne fosforilacije in pospešeno glikolizo. Angiogeneza temelji na kolektivni migraciji endotelijskih celic, pri čemer konične celice usmerjajo poganjek, medtem ko ga stebelne celice podaljšujejo s proliferacijo. Rast žil se začne z razgradnjo bazalne membrane in izbiro konične celice pod vplivom vaskularnega endotelijskega faktorja (VEGF) in inducibilnega faktorja hipoksije (HIF), ki ju sproščajo telesne celice v hipoksičnih pogojih. Vlogo konične celice prevzame celica s hitrejšo energetsko proizvodnjo. Ker VEGF in HIF pospešita izražanje encima PFKFB3, ki pospešuje glikolizo, so ravni PFKFB3 višje v konici kot v steblu poganjka. Druga vrsta celic, ki glede na diferenciacijo prilagodi svoj metabolizem, so celice imunskega sistema. T-celice pomagalke in citotoksične celice se zanašajo na glikolizo in presnovo glutamina za tvorbo potrebne količine energije. Medtem ko se M1 makrofagi tudi zanašajo na glikolizo, je vloga metabolne poti drugačna, saj jo prednostno uporabljajo za vzdrževanje polnega stanja delovanja (razgradnjo fagocitiranih delcev). Nasprotno se spominske in regulatorne T-celice zanašajo na oksidacijo maščobnih kislin za učinkovitejšo proizvodnjo ATP, oksidativno fosforilacijo pa uporabljajo za vzdrževanje učinkovitega dolgoročnega delovanja.

Mark Frantar - Energetika možganov in nevrodegenerativne bolezni

Možgani so zaradi številnih funkcij, kot so vzdrževanje membranskega potenciala, recikliranje živčnih prenašalcev ter prenašanje signalov, energijsko izjemno zahteven organ. Za delovanje stalno potrebujejo energijo v obliki ATP, ki jo večinoma dobijo iz glukoze z oksidativno fosforilacijo, nekaj pa iz aerobne glikolize v citoplazmi. Za dostavljanje virov energije do nevronov skrbi nevrovaskularna enota, sestavljena iz endotelijskih celic kapilar, astrocitov ter nevronov. Nevroni lahko za vir energije uporabijo tudi ketone ali laktat, ki se proizvede v astrocitih s pretvorbo piruvata z laktat dehidrogenazo, nato pa je transportiran v nevrone skozi monokarboksilatne transporterje (MCT). Pri nevrodegenerativnih boleznih (NDB) pride do okvare metabolizma v možganih, najpogosteje do hipometabolizma glukoze. To vodi v stalno pomanjkanje energije, ki povzroči propad nevronskih celic, nabiranje agregatov nevrotoksičnih proteinov in disfunkcijo mitohondrijev, to pa še nadaljnje okvari metabolizem. Za upočasnjevanje napredovanja NDB obstaha več terapij in zdravil, a jih večina še ni dovolj testirana. Zdravila podpirajo mitohondrijske funkcije, izboljšujejo inzulinsko senzitivnost, zmanjšujejo inflamacijo, ipd. Uporabljajo se tudi ketonski prehranski dodatki ali ketogena dieta, saj gre pri NDB lahko le za okvaro metabolizma glukoze, medtem ko je metabolizem ketonov normalen. Optimizacija energetike možganov je torej temeljnega pomena pri NDB in bi morala biti prvi korak pri poskusih zakasnitve pojava in napredovanja NDB.

Uma Jordan Ferbežar - Mnogi obrazi piruvat kinaze M2: Poudarek na vlogi pri vnetnih procesih

Piruvat kinaza je encim, ki katalizira zadnji korak glikolize, v katerem nastaneta ATP in piruvat. Obstaja v štirih različnih izoformih, ki se nahajajo v različnih tkivih, vsi pa imajo katalitično vlogo. Izoform PKM2 je edini, ki se pojavlja v različnih konformacijah, in sicer dveh tetramernih (aktivna R-oblika in neaktivna T-oblika) ter dimerni in monomerni. Prehod med tetramerno in dimerno obliko je izjemno dinamičen in odvisen od okoliščin ter potreb celice, nadzorujejo pa ga številni regulatorji. Aktivna tetramerna oblika sodeluje v glikolizi, medtem ko ima dimerna oblika drugačne vloge - lahko se, na primer, premakne v jedro, kjer nadzoruje izražanje genov ter regulacijo različnih prepisovalnih faktorjev. Dimerno obliko opazimo tudi pri rakavih in imunskih celicah, kjer sodeluje pri spremembi metabolizma iz oksidativne fosforilacije v aerobno glikolizo, kar celicam ob povečani porabi glukoze omogoča zadostno količino ATP ter prekurzorjev za sintezo potrebnih makromolekul, kot so lipidi in proteini. PKM2 v povečanih količinah najdemo pri bolnikih z različnimi vnetnimi obolenji, kot je na primer revmatoidni artritis. Deluje tako na celice prirojenega in pridobljenega imunskega sistema, in sicer predvsem s povečevanjem količine proinflamatornih citokinov preko uravnavanja njihovega izražanja, sodeluje pa tudi pri diferenciaciji T celic in njihovi komunikaciji. Zaradi številnih načinov regulacije predstavlja dobro tarčo za zdravljenje vnetnih obolenj.

Tinkara Robek - Signalizacija cikla: Intermediati cikla citronske kisline v vlogi miometabokinov

Cikel citronske kisline predstavlja temelj katabolnih procesov za pridobivanje energetsko bogatih molekul v sklopu metabolizma v živih bitjih. Je ključen korak pri predelavi z ogljikom bogatih spojin pri pridobivanju ATP-molekul. Intermediati cikla so poleg členov cikla in izhodnih spojin za sintezo drugih biološko pomembnih molekul tudi pomembne signalne molekule. Med drugim spadajo med miometabokine; majhne molekule iz skupine citokinov, ki jih izločajo miocite in regulirajo komunikacijo med različnimi tipi tkiv. V večji meri se iz mišičnh celic izločajo v krvni obtok v akutni fazi intenzivnejše fizične aktivnosti in nato opravljajo specifične signalne funkcije v različnih tkivih in s tem vplivajo na potek vnetnih procesov v organizmu in izražanje proteinov. Njihovo funkcionalnost se lahko opredeli kot avtokrino, endokrino in parakrino. Delujejo s pomočjo njim specifičnim transporterjev in se po opravljeni nalogi v večini transportirajo po krvnem obtoku do jeter, kjer se razgradijo. Do sedaj je bilo odkritih in raziskanih največ funkcij citrata in sukcinata, v ospredje pa stopa tudi alfa ketoglutarat, predvsem s svojimi antioksidativnimi učinki. Obsegajo relativno novo področje fiziologije, zaradi česar je potrebno nadaljevati z raziskovanjem značilnosti in vplivov teh molekul za potrditev domnev.

Nika Makuc - Glutamat-oksaloacetat transaminaza kot terapevtska tarča za zdravljenje ishemične možganske kapi

Ishemična možganska kap predstavlja večino primerov možganske kapi, do katere pride zaradi zapore krvnih žil. Metode zdravljenja ishemične možganske kapi vključujejo trombolitično zdravljenje, ki pa se uporablja v omejenem obsegu in le pri manj kot 10 % vseh bolnikov z možgansko kapjo. Glutamat je aminokislina, ki ima v osrednjem živčevju funkcijo najpogostejšega vzdražnega nevrotransmiterja, v patoloških razmerah pa deluje kot močan nevrotoksin. Povišan zunajcelični glutamat ima osrednjo vlogo pri poškodbah možganov, do katerih pride zaradi ishemične možganske kapi. Novo terapevtsko tarčo pri zaščiti pred to vrsto poškodb pa predstavlja encim glutamat-oksaloacetat transaminaza (GOT), ki med ishemično možgansko kapjo zniža raven glutamata na mestu kapi. Pri presnovi glutamata s pomočjo GOT v možganskem tkivu nastajajo tudi vmesni produkti cikla citronske kisline. GOT torej lahko med ishemično možgansko kapjo omogoči, da se sicer ekscitotoksični glutamat pretvori v življenjsko pomembne vmesne produkte cikla citronske kisline. Opravljenih je bilo že več študij, ki so se osredotočale na zaščito nevronov z zmanjšanjem glutamata pri ishemični kapi, a so bile v praksi neuspešne. Sistemsko dajanje oksaloacetata predstavlja novo strategijo za zmanjšanje škodljivega učinka glutamata v možganskem tkivu po ishemični kapi. Učinek oksaloacetata namreč temelji predvsem na sposobnosti te molekule, da zmanjša raven glutamata v možganih in krvi zaradi aktivacije encima GOT.

Brina Klinar - Vloga citrat transportnega proteina in citrata v celičnih procesih

Citrat transportni protein (CTP) je transportni protein družine transmembranskih prenašalcev SCL25, ki se nahaja v notranji membrani mitohondrija. Njegova primarna vloga je import citrata v mitohondij ali eksport v citosol. Ustrezna aktivnost in pravilno CTP je ključnega pomena za optimalno delovanje celice. Ustrezne količine citrata v citosolu in mitohondriju so namreč pomembne za produkcijo energije, sintezo acetil-CoA kot prekurzorja biosinteze horesterola in maščobnih kislin in kot donorja acetilne skupine za actilacijske reakcije posttranslacijskih in epigenetskih modifikacij, vnetne procese in celično regulacijo. Za ohranjanje homeostaze citrata v citosolu obstajajo tudi alternativne poti, neodvisne od CTP, npr. prevzem ekstracelularnega citrata v celico prek plazmalemskih citratnih transporterjev. Kljub temu, se izguba CTP z mutacijami kaže v hudih napakah zgodnjega možganskega razvoja, kot sta npr. DiGeorgejev sindrom in L-2/D-2-hidroksiglutarna aciduria, kar nakazuje na velik pomen tega transportnega proteina. Po drugi strani pa ima inhibicija CTP inducirana s sintetičnimi inhibitorji CTP obetavno prihodnost na področju zdravljenja raka in presnovnega sindroma.

Lana Bajec - Metabolni inženiring cikla citronske kisline za produkcijo kemikalij

Izčrpanost fosilnih virov energije na zemlji, ki jo spremlja njihov vpliv na okolje, dviguje povpraševanje po zamenjavi kemikalij na osnovi nafte z boljšimi alternativami, prijaznejšimi do okolja. Skozi leta so se razvile različne strategije pridobivanja teh kemikalij s pomočjo fermentacijskih produktov različnih mikroorganizmov. Krebsov cikel ali cikel citronske kisline je eden pomembnejših procesov v celici in se že desetletja uporablja v metabolnem inženiringu, največ v produkciji spojin kot so L-glutamat, citrat in sukcinat. Žal je izkoristek pridobivanja teh produktov skozi Krebsov cikel slab, zato se je razvil nov način, ki privede do boljšega izkoristka. Uporaba povratnega Krebsovega cikla, ki ga določeni organizmi vršijo v anaerobnih pogojih. Za ta proces je značilna proizvodnja ogljikovih spojin iz ogljikovega dioksida in vode. Kemijske reakcije, ki se vršijo, pa so obtratne tistim, ki jih vidimo v Krebsovem ciklu. Ker se pri tem procesu porablja CO2, pa to poleg še vpliva na zmanjševanje CO2 emisij. Pri proizvodnji sukcinata pa so z določenimi pogoji mikroorganizme pripravili do tega, da poleg povratnega Krebsovega cikla, vršijo še glikosilatni cikel. Ta je sklop anaplerotičnih reakcij, ki vir ogljika, s porabo CO2, spreminja v sukcinat.

Nina Cankar - Vpliv oksidacije maščobnih kislin na delovanje in diferenciacijo limfocitov T

Limfociti T so celice imunskega sistema in so sposobni prehajati med visoko aktivnim anabolizmom in mirujočim katabolizmom, ki temelji na mitohondrijski oksidaciji maščobnih kislin. FAO je aktivna pri naivnih, regulatornih in spominskih limfocitih T ter močno zmanjšana pri efektorskih limfocitih T. Ob aktivaciji naivnih T celic pride do prehoda iz katabolizma z aktivno FAO na anabolizem in aerobno glikolizo, ki zadosti povečanim energijskim potrebam limfocitov T. Prehod regulirajo PI3K-Akt-mTOR signalna pot ter SREBP proteini. CD4+ efektorski limfociti T s pomočjo PPARγ ohranijo prevzem in oksidacijo maščobnih kislin, kar pa ne velja za CD8+ celice. Od obeh vej odstopajo regulatorni limfociti T, ki večino energije pridobijo s FAO. Ob koncu okužbe večina efektorskih limfocitov T preide v apoptozo, majhen delež pa se diferencira v spominske celice. Tem oksidacija maščobnih kislin, sklopljena z oksidativno fosforilacijo, omogoča dolgo življenjsko dobo in hkrati sposobnost hitrega odziva na ponovno okužbo z istim patogenom. Pri diferenciaciji v spominske limfocite T sodeluje TRAF6, spodbujajo pa jo tudi ostale signalne poti, ki aktivirajo katabolizem ter spodbujajo mitohondrije in izražanje CPT1A. Inhibicija oksidativne fosforilacije v spominskih limfocitih T ovira njihovo tvorbo, aktivacijo in proliferacijo. Poznavanje mehanizmov regulacije FAO v limfocitih T omogoča razvoj novih terapij za bolnike z avtoimunskimi in vnetnimi boleznimi.

Nika Ciglar – Variabilnost izgube teže z zaviralci SGLT2 in agonisti receptorjev GLP-1 pri sladkorni bolezni tipa 2 in debelosti

V današnjem času se vse več ljudi spopada z velikim problemom in to je debelost. Povišana telesna teža ni le problem premajhne fizične vadbe in prevelikih količin energetsko bogate hrane, temveč je lahko posledica ali pa tudi vzrok bolezni. Ena izmed teh bolezni je sladkorna bolezen tipa 2. Starejša zdravila za zniževanje ravni glukoze pri sladkornih bolnikih so povzročala povečanja telesne mase, novejša zdravila pa vplivajo na telo z ravno nasprotnim učinkom. To seveda ne velja za vse bolnike. Na podlagi teh podatkov so znanstveniki začeli ugotavljati ali bi lahko razvili zdravilo proti debelosti. Hoteli so ustvariti zdravilo, kjer ni izguba telesne teže le eden od stranskih učinkov temveč glavna tarča delovanja učinkovine. Med najnovejšimi razredi zdravil sta zaviralec natrijevega glukoznega koprenašalca 2 (SGLT2) in agonist glukagonu podobnih peptidnih receptorjev (GLP-1).

Debora Kociper - FAT (CD36/SR-B2) v povezavi z metabolizmom maščobnih kislin v skeletnih mišicah

Vnos maščobnih kislin v celico skeletnih mišic je skrbno reguliran proces, pri katerem sodelujejo tri glavne skupine proteinov – FABP, FATP in FAT (CD36/SR-B2). Vsi lajšajo prenos maščobnih kislin v celico, CD36/SR-B2 pa ima vlogo tudi v sami regulaciji transporta. Regulacija vstopa maščobnih kislin v celico s CD36/SR-B2 je regulirana kratkoročno in dolgoročno. Kratkoročno je regulirana z intracelularnim recikliranjem tega proteina. Glavna dejavnika, ki vplivata na kratkoročno regulacijo sta telesna aktivnost in inzulin. Pri dolgoročni regulaciji sodelujejo receptorji PPAR. Maščobne kisline delujejo kot naravni ligand teh receptorjev. Aktivacija receptorjev PPAR sproži prepisovanje določenih genov in proteinov, ki sodelujejo pri transportu maščobnih kislin čez celično membrano, med drugim CD36/SR-B2. Pri povišani dostopnosti maščobnih kislin pride do razlik v odgovoru pri zdravih posameznikih in posameznikih z debelostjo. Raziskovanje delovanja CD36/SR-B2 predstavlja potencialne možnosti pri reševanju problema debelosti. CD36/SR-B2 igra pomembno vlogo tudi pri inzulinski rezistenci. Telesna aktivnost v vseh primerih pozitivno vpliva na zmožnost oksidacije maščobnih kislin.

Tina Kosovel - Kako aminokisline podpirajo naš imunski sistem

Aminokisline igrajo zelo pomembno vlogo v aktivaciji in samem delovanju naših imunskih celic. Njihov vnos in količina v celici strogo nadzorujeta delovanje celičnih presnovnih poti (TCA, glikoliza, oksidativna fosforilacija). Glutamin preko pretvorbe v glutamat priskrbi α-ketoglutarat, ki vstopi v TCA cikel. Razvejane aminokisline povečajo število glukoznih transporterjev in tako podpirajo glikolizo. Poleg tega za TCA zagotavljajo α-ketoglutarat ter derivate CoA. Serin alosterično aktivira encim, ki poskrbi za tvorbo piruvata in poveča translacijo proteinov v mitohondriju, vključno s tistimi, ki so del elektronske prenašalne verige. Poleg tega so aminokisline odgovorne za ohranjanje redoks homeostaze v celici in priskrbijo ključne snovi za njeno delovanje. Metionin in serin poskrbita za tvorbo cisteina, ki služi kot vir žvepla za tvorbo FeS klastrov. Te uporablja veliko encimov. Poleg tega je žveplo potrebno tudi za tiolacijo tRNA, kar pomaga pri translaciji. Cistein, glutamin in glicin tvorijo glutation, ki veže reaktivne kisikove radikale in tako skrbi za redoks homeostazo v celici. Te procese so mnogi virusi in tumorji sposobni izkoristiti, da imunske celice onesposobijo ali pa se izognejo njihovi detekciji. Hkrati pa nam ti aminokislinski mehanizmi nudijo veliko področje potencjalnih strategij za nova zdravila.

Maj Dular - Zdravljenje raka z deprivacijo arginina

Arginin je pol-esencialna aminokislina, ki ima ključno vlogo pri biosintezi beljakovin. Lahko se pridobi s dnevnim vnosom hrane ali sintetizira v telesu preko cikla uree, pri čemer se uporablja L-citrulin kot substrat. Arginin ima v telesu raznovrstno vlogo, saj prispeva k delitvi celic, zdravljenju ran, odstranjevanju amonijaka, delovanju imunskega sistema ter biosintezi hormonov. Predstavil bom razne tehnike. V primeru rakavih celic se sinteza svojega arginina izkaže za nezadostno, da bi zadostila njihovim povečanim prehranskim potrebam, kar jih sili v odvisnost od zunanjih virov arginina. V članku obravnavajo pomen odvzema arginina kot nov terapevtski pristop, predstavi različne metode, ki omogočajo odvzem arginina, ter njihove specifične mehanizme delovanja. Poleg tega osredotoča na dejavnike, ki vplivajo na migracijo celic, skupaj z raziskovanjem vpliva arginina na metastazo rakavih celic, predvsem preko poliaminov in dušikovega oksida (NO). Da bi dosegli proti rakave učinke , so razvili modificirane encime za razgradnjo arginina, kot sta PEGilirana rekombinantna humana arginaza 1 (rhArg1-PEG) in arginin deiminaza (ADI-PEG 20), ki so se v kliničnih preskušanjih izkazali za varne in učinkovite. Preizkušali so jih kot monoterapijo ali v kombinaciji z drugimi obstoječimi terapijami.

Veronika Trobiš - BCAA in občutljivost na inzulin

Razvejane aminokisline (BCAA) , med katere spadajo levcin, valin in izolevcin, so močni regulatorji sintetičnih in kataboličnih procesov v celicah sesalcev ter so posebej znane po spodbujanju sinteze beljakovin, zaradi česar so v obliki prehranskih dopolnil priljubljene med športniki. Pripomorejo k mišični rasti in pomagajo pri regeneraciji. Iz raziskav je razvidno, da so učinki BCAA pretežno odvisni od eksperimentalnega modela, vrste tkiva in energijskega ravnovesja. V pogojih pomanjkanja energije ali homeostaze, BCAA ( še posebej levcin) spodbujajo izboljšane metabolne poti, vključno z izboljšano absorpcijo glukoze/insulinsko občutljivostjo, povečano vsebnostjo mitohondrijev in ohranjanjem mišic. V pogojih kroničnega presežka energije pa celice, še posebej maščobne celice, izgubijo sposobnost razgrajevanja BCAA, kar povzroči kopičenje BCAA in povezanih metabolitov tako znotraj celice kot v krvnem obtoku. Enako pa povzročajo metabolne bolezni in inhibicija nekaterih metaboličnih regulatorjev, kot sta PGC-1α in PPAR. Zato so te aminokisline in njihovi metaboliti močni biomarkerji srčno-metaboličnih bolezni, vključno z debelostjo, diabetesom tipa 2 (T2D) in koronarno arterijsko boleznijo. Glede na študije iz zdravih populacij in športnikov, prehranski viri BCAA verjetno sami po sebi niso zadostni za povzročanje presnovnih bolezni pri sicer zdravih populacijah.

Nik Matek - Homocistinurija, ki jo povzroča pomanjkanje cistionin β-sintaze

Homocistinurija je avtosomalna recesivna dedna bolezen, kar pomeni, da pride do okvare na avtosomu. Bolezen je dokaj redka, vendar je njena pogostost geografsko odvisna. Zaradi okvare gena za zapis cistationin β-sintaze pride do prekomernega kopičenja homocistieina v krvni plazmi. Tem pojavu rečemo hiperhomocisteinemija. Ko so koncentracije dovolj velike, se začne homocistein kopičiti tudi v urinu. V tem primeru govorimo o homocistinuriji. Pogosti simptomi so ektopija oči, daljše okončine, nagnjenost k osteoporozi, težave z učenjem in tromboza, ki pogosto vodi v smrt. Homocistein je homolog cisteina, pogojno esencialne aminokisline s tiolno skupino. Nadpovprečne koncentracije homocisteina v krvi so povezane z različnimi duševnimi boleznimi. Homocistein telo proizvede iz metionina v procesu metilacije. Ta se lahko tudi remetilira nazaj v metionin ali pa vstopi v proces transulfuracijske poti, kjer se pretvori v cistein. Cistein β-sintaza sodeluje v prvem delu transulfuracijske poti, kjer homocistein pretvori v cistationin. V drugem delu se cistationin pretvori v cistein s pomočjo drugega encima transulforacijske poti, cistationin γ-liaze. Cistationin β-sintaza in cistationin γ-liaza sta oba odvisna od koencima PLP (aktivne oblike vitamina B6). Cistationin β-sintaza je prisotna tudi v procesih pridobivanja vodikovega sulfida, ki pa se pri homocistonuriji občutno zmanjšajo.

Jana Bregar - Vpliv črevesne mikrobiote na metabolizem triptofana pri fenilketonuriji

PKU (fenilketonurija) je redka dedna presnovna bolezen, ki prizadene sposobnost telesa za ustrezno metaboliziranje aminokisline Phe (fenilanin). To povzroča kopičenje Phe (fenilalanin) v krvi in možganih. Prehrana z nizko vsebnostjo Phe je ključna za obvladovanje PKU, zato se morajo bolniki s PKU doživljenjsko držati prehrane z nizko vsebnostjo Phe in prejemajo dodatno medicinsko prehrano, da dobijo dovolj esencialnih hranil. Povečana količina Phe ovira metabolizem drugih aminokislin, kot je Trp (triptofan). Trp (tirptofan) ima dve pomembnejši metabolni poti. To sta sinteza 5-HT (seratonin) in KYN (kinurenin) metabolna pot. 5-HT (serotonin) je nevrotransmiter, ki ima vlogo pri reguliranju razpoloženja in drugih nevroloških funkcij. Eden od produktov KYN (kinurenin) metabolne poti je QUIN (kinolinska kislina), ki je potencialno nevrotoksična spoijina. Črevesna mikrobiota tudi vpliva na metabolizem Trp in posledično na nevrološke simptome pri bolnikih s PKU. Spremembe v črevesni mikrobioti pri bolnikih s PKU lahko močno vplivajo na metabolizem dopamina in seratonina, saj se lahko Trp prednosto metabolizira po KYN poti namesto pretvori v seratonin. Zato je pomembno razumeti povezavo med črevesno mikrobioto in metabolizmom Trp pri bolnikih s PKU. Razumevanje vpliva PKU na metabolizem drugih aminokislin poleg Phe, omogoča razvijanje novih oblik zdravljenja PKU.

Tjaša Lešnik - Vloga napak mitohondrijske DNA pri nevrodegenerativnih boleznih in staranju

Mitohondriji so poleg jedra edini celični organeli z lastno DNA (mtDNA). Njihova primarna naloga je proizvodnja energije za delovanje celice in s tem organizma. V mitohondrijski DNA lahko prihaja tudi do napak, med katerimi so najpogostejše točaskte mutacije, delecije in prelomi vijačnice. V celici so se zaradi tega razvili nekateri popravljalni mehanizmi in regulatorne poti, med njimi na primer BER – popravljanje z izrezom baze, MMR – popravljanje neujemanja in DSBR – popravljanje preloma dvojne vijačnice, ki uravnavajo nivo mutiranega dednega materiala. Kopičenje mutacij mtDNA naj bi z leti povrzočalo proces staranja, o katerem v povezavi z mitohondriji obstaja veliko teorij. Med njimi je najbolj znana t.i. teorija staranja zaradi prostih radikalov, ki predpostavlja, da mitohondrijski prosti radikali, ki nastanejo kot stranski produkt celičnega metabolizma, povzročajo napake na mtDNA, te pa nato staranje. Znano je tudi, da z leti nastaja vse več in več nevrodegenerativnih bolezni, ki so posledica postopnega odmiranja celic živčnega sistema. Najpogostejši sta Alzheimerjeva in Parkinsonova bolezen, ki so ju proučevali tudi iz vidika napak na mtDNA. Tako teorije o tem zakaj se staramo, kot povezava mitohondrijev z boleznimi, še zmeraj niso dovolj raziskane, kar predstavlja priložnost za mnoga nova odkritja in dognanja.

Hanna Habot - Mitohondrijske kriste: kjer se lepota sreča s funkcionalnostjo

Notranja membrana mitohondrija je oblikovana v kriste, posebne membranske uvihke, ki imajo pomembno vlogo pri samem delovanju organela. Oblika krist se spreminja kot posledica različnih stresnih dejavnikov, vsebnosti različnih količin proteinov ter tvorbe kompleksov in superkompleksov. Veliko raziskav je dokazalo, da imajo kriste pomembno vlogo pri procesu oksidativne fosforilacije, saj skrbijo za pravilno in najučinkovitejšo porazdelitev kompleksov v elektronski prenašalni verigi. Namen raziskav je določiti kako določeni proteini, ki sestavljajo kriste vplivajo na njihovo obliko in delovanje ter kako sama oblika krist vpliva na delovanje mitohondrija. Vprašanje je bilo raziskovano z različnimi genetskimi poskusi na dihalni verigi s pomočjo modelov mišk. S pomočjo različnih raziskav so znanstveniki dokazali, da imajo pri obliki in delovanju krist ključno vlogo različni proteinski kompleksi. Posledica njihovega pomanjkanja ali napačnega delovanja pa je lahko popolnoma nefunkcionalna oblika krist, ki neposredno vpliva na proces oksidativne fosforilacije, posledično se zmanjša njena učinkovitost, mitohondriji proizvajajo zelo malo energije, kar povzroči, da je celica poslana v proces apoptoze.

Igor Osterc - Reaktivne kisikove zvrsti in mitohondrijska fisija

Vzdrževanje pravilne koncentracije reaktivnih kisikovih zvrsti (ROS) v celici je ključnega pomena za optimalno delovanje organizma. Ker so ROS zelo reaktivne lahko reagirajo z različnimi encimi, nukleinskimi kislinami in drugimi molekulami ter jih poškodujejo. To ima lahko vpliv na celoten organizem, saj se tako začnejo razvijati mnoge bolezni. Zato mora biti kakršnakoli večja koncentracija ROS od tiste minimalne, ki je potrebna za imunski odziv, proliferacijo in nekatere druge procese v celici, ustrezno razgrajena na celici prijazne produkte. Mitohondriji so glavni proizvajalci ROS v celici in s tem tudi prva tarča njihovega škodljivega delovanja. Največ jih proizvajata kompleksa I in III v elektronski transportni verigi, njihova proizvodnja pa se eksponentno poveča ob prisotnosti različnih inhibitorjev. Mitohondriji imajo zato razvit poseben sistem za zaznavanje prevelike koncentracije ROS in odgovor v obliki cepitve delov, ki jih prekomerno proizvajajo. Poškodovani deli se od zdravih odstranijo s procesom mitohondrijske fisije in gredo v mitofagijo, medtem ko pravilno delujoči del naprej opravlja svoje funkcije. Za preživetje celice je tako pomembno, da se koncentracija ROS vzdržuje znotraj območja, če pa že pride do prenasičenosti z ROS je pomemben učinkovit odgovor na to – dobro reguliran proces fisije.

Zala Kramar - Vloga proteinov družine Bcl-2 pri intrinzični poti apoptoze

Apoptoza ali programirana celična smrt je ključen mehanizem uravnavanja števila celic organizma in posledično ključna za vzdrževanje tkivne homeostaze. Ena od apoptotskih poti je intrinzična pot apoptoze, kjer signali delujejo direktno na tarče znotraj celic. Glavni regulatorji te poti so proteini iz družine Bcl-2, ki se nahajajo v citosolu ali so vezani na zunanjo mitohondrijsko membrano. Delimo jih v tri skupine glede na njihovo funkcijo in strukturo. Pro-apoptotski proteini se aktivirajo kot odziv na celični stres in sprožijo apoptozo, anti-apoptotski proteini pa zaustavljajo apoptozo s tem, da se vežejo na pro-apoptotske proteine in jih deaktivirajo. Za začetek apoptoze je ključna oligomerizacija pro-apoptotskih proteinov Bax ali Bak, ki s tvorbo por permeabilizirata zunanjo mitohondrijsko membrano. To povzroči sproščanje citokroma c iz medmembranskega prostora mitohondrija, kar povzroči aktivacijo kaspaz in posledično programirano celično smrt. Ker je razmerje med anti-apoptotskimi in pro-apoptotskimi člani družine Bcl-2 ključno za usodo celice, je to razmerje nadzorovano s strani številnih mehanizmov, kot so fosforilacija, dimerizacija, translokacija, regulacija s transkripcijo,… Če pride do napak pri regulaciji Bcl-2 proteinov, lahko to privede do različnih obolenj, kot so rak, avtoimune bolezni in nevrodegenerativne motnje.

Dan Kolnik - Mehanizem termogeneze v rjavih adipocitih je uravnavan s strani RZP1 proteina

Termogeneza se nanaša na procese, pri katerih se sprošča energija v obliki toplote, kar pripomore k ohranjanju telesne temperature. A glavna naloga večine teh reakcij ni sprostitev toplote. Adipociti rjavega maščevja so celice, specializirane za uravnavanje količine sproščene toplote. Imajo veliko število mitohondrijev. V mitohondrijih tok protonov čez notranjo mitohondrijsko membrano (NMM) v rjavem maščevju ustvari elektrokemijski gradient protonov in energija tega gradienta se ne uporabi za sintezo ATP, ampak se sprosti v obliki toplote. To pa se zgodi zato, ker je tok protonov v adipocitih rjavega maščevja uravnavan z razklopnim proteinom 1 (RZP1). RZP1 je za življenje večih organizmov preživetvenega pomena. Spada v družino mitohondrijskih prenašalcev SLC25, katere člani imajo zelo podobno strukturo, nimajo pa enakih nalog. Dokler se ni uporabila metoda vpete krpice za preučevanje proteina RZP1, o njem ni bilo veliko znanega. S to metodo se je pridobilo veliko podatkov glede uravnavanja pretoka protonov skozi protein RZP1. Sestavilo se je nov model delovanja tega proteina iz pridobljenih odkritij.

Lara Pajnhart - Od ROS odvisne signalne poti pri rastlinah in algah v prisotnosti svetlobe visoke intenzitete

Rastline za svojo rast in pridobivanje hranil potrebujejo predvsem sončno energijo in ogljikov dioksid, da lahko vršijo fotosintezo. Vendar prevelika intenziteta svetlobe lahko negativno vpliva na rastline in na njihov razvoj, zato so si razvile različne obrambne mehanizme, ki preprečijo poškodbe in abiotski stres. V primeru, da pride do visoke intenzitete svetlobe, rastline sprožijo signale, ki se prenesejo po celotnem tkivu in s pomočjo tega, blažijo škodljive učinke, ki se imenujejo fotoinhibicija ali fotopoškodbe. Rastline se zavarujejo pred presežkom svetlobe na različne načine. K temu pripomorejo predvsem encimi superoksid dismutaze (SOD), katalaze in peroksidaze, ki pripomorejo k odstranitvi reaktivnih kisikovih zvrsti (ROS), ki se lahko tvorijo ob prekomerni svetlobi. Rastline in alge pa lahko ravno te kisikove reaktivne zvrsti (ROS) uporabijo sebi v prid in sicer, jih uporabijo za signalizacijo med organeli v celici in za celične odzive na spremembe v okolju. Alge in rastline izvajajo specializirano signalizacijo, ki izhaja iz fotosinteze v kloroplastih, ki jo povzroči neravnovesje med absorpcijo sončne svetlobe in njeno zmožnostjo porabe v prid celici. Način odziva celice na neravnovesje je komunikacija kloroplasta z jedrom in temu prilagojena celična presnova. Glavna ROS, ki pripomoreta k celični signalizaciji sta singletni kisik(₁O2) in vodikov peroksid (H2O2).

Anita Mulalić -Vpogledi v aklimacijo rastlin na mraz: Regulativne vloge ogljikov hidratov

Rastline nimajo zmožnosti premikanja in iskanja boljših razmer za preživetje v primerih okoljskega stresa, tako da je v primeru slabših življenskih razmer potrebno veliko prilagoditev na ravni metabolizma, transkripcije, membranske fluidnosti itd. Nizke temperature povzročijo spremembe v rasti, distribuciji metabolitov in tudi reprogramiranju proteoma ter transkrpitoma. Kot osrednji organizem raziskave je bila uporabljena rastlina Arabidopsis thaliana. Ogljikovi hidrati imajo pri »cold stress« razmerah ključno vlogo pri metaboličnem reprogramiranju. Raziskava poudarja pomembnost subceličnih informacij, pri čemer se poslužuje tehnik, kot je »non-aqueous« frakcionacija, za razkrivanje sprememb v biosintetičnih poteh na podrobnem nivoju. Temperatura vpliva tudi na encimske aktivnosti, pri čemer se uporabljajo termodinamski prilagoditveni ukrepi za razumevanje kompleksnega razmerja med aktivnostjo encimov, količino beljakovin in spreminjajočimi se temperaturnimi režimi. Članek povdarja pomen saharoze pri zagotavljanju natančnega nadzora nad razdeljevanjem ogljikovih hidratov in kot mehanizma za uravnoteženje energije v odzivu na nenadne okoljske spremembe. Ugotovitve prispevajo k globljemu razumevanju interakcij med rastlino in okoljem, s potencialnimi aplikacijami v metabolnem inženiringu ter razvoju modelov za analizo presnove rastlin na različnih ravneh.

Peter Gričar Vintar - Fotosintetski mikroorganizmi za oksigenacijo naprednih 3D biotiskanih tkiv

Tehnologija 3D biotiskanja je v zadnjih letih postala obetaven pripomoček, za ustvarjanje vitalnih in funkcionalnih tkiv za neposredno uporabo in vitro in in vivo, vključno z modeliranjem bolezni, odkrivanjem zdravil in regerativno medicino. Ta tkiva se ustvarjajo z oblikovanjem bioinkov, ki se z uporabo biotiskalnikov nanesejo v 3D strukturo, da se približajo razporeditvi in organizaciji celic v telesu. V procesu se skozi šobe biotiskalnika iztisne mešanica hidrogela in celic v suspenziji ali pa v obliki vnaprej pripravljenih mikrotkiv. Preden pa bi se 3D biotiskana tkiva lahko v celoti prenesla z delovne mize na bolniško posteljo, je potrebno rešiti še kar nekaj težav. Ena glavnih omejitev je pomanjkanje oksigenacije v trenutno tiskanih tkivih in organih saj ima kisik ključno vlogo pri aerobnem metabolizmu, ki omogoča proizvodnjo energije v mitohondrijih. Za izboljšanje oksigenacije so bili nedavno uvedeni pristopi za širok spekter kliničnih uporab, pri čemer se nekateri že uporabljajo skupaj z tehnologijo biotiskanja. Eden obetavnejših pristopov je vključitev fotosintetskih mikroorganizmov, kot so mikroalge in cianobakterije, katerega so nedavno raziskali za ustvarjanje himeričnih rastlinsko-živalskih tkiv, v katerih lahko ob izpostavljenosti svetlobi lokalno in nadzorovano nastaja in se sprošča kisik.

Vanja Vogrič - Vpliv visoke temperature na fotosintezo in možni ukrepi za rastline ob izrednih razmerah

Višanje globalne temperature prinaša veliko nezaželenih posledic, med katerimi je tudi negativen vpliv na proces fotosinteze pri rastlinah. Rubisco je eden izmed glavnih encimov, ki sodelujejo pri fotosintezi in je zato kakovost njegovega delovanja ključna za pravilen potek procesa. Rubisco in polipeptid Rubisco aktivaza (Rca), ki encim aktivira, sta zelo občutljiva na visoke temperature. Veliko raziskav se zato ukvarja s spreminjanjem različnih elementov pri poteku procesa, ki bi lahko vodili do normalnega delovanja rastlin pri visoki temperaturi. Modifikacija samega encima Rubisco je zaradi njegove kompleksne strukture prinesla do nezadovoljivih rezultatov. S spremembo Rca so bili dotedanji poskusi pozitivni na tak način, da je med dvema ta opcija primernejša za nadaljne poglobitve. Druge raziskave se osredotočajo na spremembo samega mehanizma procesa. Fotosinteza pri najpogostejših rastlinah (C3 rastline) je v primerjavi s fotosintezo C2 in C4 rastlin neučinkovita in je zato cilj raziskav vgradnja C2 ali C4 fotosinteze v C3 rastline. Pri C4 rastlinah se mehanizem in anatomija močno razlikujeta od C3 rastlin; to kaže, da je vpeljava C2 fotosinteze v C3 rastline opcija, na katero lahko računamo v bližnji prihodnosti. Iskanje načinov normalnega razvoja in delovanja rastlin bo postalo zelo pomembno v prihodnosti, ko bi lahko v nasprotnem primeru, zaradi sprememb v podnebju, prišlo do velikih izgub na kmetijskem in številnih drugih področjih.

Laura Hudobivnik - Brez železa, bakra in mangana – fotosinteza ne bo potekla sama! Transport prehodnih kovin v kloroplaste in njihova vloga pri učinkoviti fotosintezi

Približno polovica vseh proteinov vsebuje kovine v obliki kofaktorjev, brez katerih svoje katalitične funkcije ne bi mogli opravljati. Pri proteinskih kompleksih vključenih v svetlobne reakcije fotosinteze so izmed prehodni kovin najpomembnejši železo, baker in mangan. V metaloproteinih elektronske transportne verige se nahajajo v obliki ionov ali različnih klastrov in se posredno ali neposredno vključujejo v redukcijske reakcije. Do tilakoid, kjer se pretežno nahajajo, poteka kompleksen transport preko treh membran kloroplastov s pomočjo številnih transportnih in pomožnih proteinov. Mnogi izmed njih zaradi neraziskanosti tega znanstvenega področja še niso identificirani. Po prenosu do tarčnih proteinov, pri katerem igrajo ključno vlogo metalošaperoni, poteče še končni korak – metalacija. Železo, baker in mangan imajo tudi regulatorno vlogo na fotosintezno aktivnost. Čeprav so potrebni v majhnih količinah, je ohranjanje homeostaze njihove koncentracije ključnega pomena. Ob pomanjkanju se pojavi razbarvanje fotosinteznih organov, ob povišanju pa pride do spodbujene tvorbe škodljivih kisikovih reaktivnih zvrsti. Kakršnokoli neravnovesju vsebnosti prehodnih kovin vodi v zmanjšano učinkovitost fotosinteze in okrnjeno delovanje rastlin. Za človeške potrebe to pomeni zmanjšan donos poljščin v časih, ko je vprašanje zadostne produkcije hrane pereče že zaradi rastoče populacije in okoljskih sprememb.

Simon Kristl - Homeostaza membrane poleg fluidnosti

Biološke membrane so v celicah nepogrešljiva struktura, saj so v živem prisotne že od samega začetka s protocelicami, predvsem pa so pomembne za kompartmentalizaijo biokemije. Pogosto pa so membrane obravnavane le z vidika tekočega mozaika, kot podlaga okoli in na kateri se odvija vso dogajanje. V tej seminarski nalogi pa si bolj podrobno pogledamo fizikalne lastnosti membrane, dobro poznano (in ne najbolj točno poimenovano) fluidnost membrane. Bolj pravilno bi fluidnost membrane imenovali viskoznost membrane, saj jo določujemo preko gibanja posameznih komponent. Največji vpliv na viskoznost membrane imajo dolžina in nasičenost acilnih verig lipidov (nadzorovano preko mehanizma homeoviskozne adaptacije), količina sterolov in natrpanost membrane s proteini. Poglobimo se tudi v interakcije med membranskimi proteini in membrano, kakšno vlogo le te igrajo pri inserciji in ekstrakciji membranskih proteinov v membrano. Zaradi neugodnih interakcij med hidrofilnimi aminokislinskimi ostanki je vstavljanje oteženo, insertaze pa lokalno stanjšajo membrano, kar zniža energijsko bariero. Preko hidrofobnega neujemanja membrane in proteinov tudi razložimo mehanizme sortiranja proteinov v ER in Golgijevem aparatu. Dedovanja membranskih proteinov je prav tako nadzorovano s strani membrane in difuzijskih barier. Na koncu pa je obravnavan še mehanizem UPR, ki je glavni mehanizem za ohranjanja homeostaze ER. Mehanizem se odziva na količino nezvitih proteinov v membrane ER in odgovori s povečanjem biosinteze lipidov za povečanje površine ter mnogo drugimi manjšimi faktorji.

Špela Longar - Vloga sinteze fosfolipidov pri razvoju in diferenciaciji malarijskih parazitov v krvi

Malarija prestavlja eno večjih globalnih zdravstvenih težav. Malarijski parazit Plasmodium falciparum je glavni povzročiteljev te bolezni, ki je prispevala ogromno smrti skozi leta. Najbolj razširjena je v Afriki in Aziji, kjer je toplo in vlažno podnebje, ki ustreza parazitu. Prenašalec je samica komarjev rodu Anopheles. Življenjski ciklus parazita se začne z pikom komarja in nadaljuje v jetrnih in krvnih celicah človeka. V gostiteljih si parazit zagotavlja ustrezne pogoje za rast in razmnoževanje, pri čemer imajo glavno vlogo fosfolipidi. Pride do prerazporeditve zgradbe eritrocita, ki poči in sprosti toksine, tej pa povzročajo simptome malarije, kot so slabost, vročina, mrzlica, bolečine v mišicah itd. Regulacija sinteze fosfolipidov, fosfatidilholin, fosfatidilserin, fosfatidiletanolamin, vpliva na različne faze življenjskega cikla parazitov, kar lahko predstavlja potencialno tarčo za razvoj novih terapevtskih strategij. Že znane terapije se izvaja s protimalaričnimi zdravili. V uporabi sta tudi dve cepivi. Možni kandidati za preprečevanje rasti P.falciparum pa naj bi bili encim fosfoetanolamin metiltransferaza, nevtralna sfingomielinaza, sintaza fosfatidilserina in dekarboksilaza fosfatidilserina. Za nadaljnji napredek v poznavanju presnove fosfolipidov pri razvoju, diferenciaciji in terapiji malarije bo potrebno izvesti še dodatne genetske analize za izklop genov, karakterizacijo transporta in presnove pekurzorjev fosfolipidov in identifikacijo in razvoj novih razredov inhibitorjev, ki ciljajo na ključne korake v biogenezi membran.

Andraž Snedec - Celična simfonija: Razumevanje vloge mTOR v lipidni homeostazi

Ko so kanadski znanstveniki iz prsti na Velikonočnem otoku izolirali rapamicin, morda niso vedeli, da bo to njihovo odkritje postavilo temelj pri odkrivanju enega najbolj zanimivih in obetavnih proteinov v naših celicah. mTOR (ang. Target Of Rapamycin) je evolucijsko zelo dobro ohranjena kinaza, ki je vključena v marsikateri pomembni biokemijski proces v celicah evkariontov. Do danes so razne raziskave že potrdile, da je mTOR eden ključnih akterjev pri sintezi proteinov, nukleotidov in lipidov, celični rasti in delitvi, regulaciji avtofagije itd. Njegovo delovanje so povezali z raznimi rakavimi obolenji, mišično hipertrofijo, debelostjo ter celo staranjem. V tej seminarski nalogi so povzeta predvsem dognanja iz zadnjih dveh desetletij na področju mTOR regulacije homeostaze lipidov. Predstavljeno je, da aktivacija mTORC1 povzroča lipogenezo in adipogenezo ter preprečuje ketogenezo, medtem ko je mTORC2 poleg adipogeneze in lipogeneze v jetrnih celicah vključen še v regulacijo lipolize v maščobnem tkivu. Razloženi so tudi mehanizmi, po katerih naj bi vse to potekalo. Ravno boljše razumevanje slednjih bi lahko v končni fazi privedlo do novih zdravil, ki bi se nato v klinični praksi uporabljala za zdravljenje s prekomerno težo povezanih bolezni.

Patricija Polutnik - Nadzor membranske lipidne homeostaze s pomočjo senzorjev, asociiranih z lipidnim dvoslojem

Homeostaza lipidne kompozicije bioloških membran je ključnega pomena za preživetje organizma, saj vpliva na mnogo celičnih procesov, vključno s endocitozo, mitohondrijsko respiracijo in transportom snovi. Pri tem je pomembna njena vloga pri lokalizaciji membranskih proteinov in neposreden učinek na lastnosti in aktivnost teh proteinov, saj s tem vpliva na delovanje celotne celice. Gradbeni material, iz katerega celica proizvaja membranske lipide, pridobimo iz prehrane, kljub temu pa prehrana pri lipidni kompoziciji membran ne igra ključne vloge. Obstajajo namreč mehanizmi, s katerimi lahko celica vzdržuje homeostazo membrane kljub določenim variacijam v vnosu maščobnih kislin. Ključna lastnost membrane, ki jo more celica regulirati, je fluidnost. Na fluidnost vplivajo razmerje fosfatidiletanolamina in fosfatidilholina in količina sterolov v membrani ter lastnosti maščobnokislinskih repkov fosfolipidov. Za homeostazo teh komponent bioloških membran skrbijo različni mehanizmi, ki detektirajo odstopanja v lipidni sestavi. To lahko dosežejo z zaznavanjem nivoja specifične komponente membrane ali z zaznavanjem določene lastnosti membrane, na katero neka komponenta ali skupina molekul ključno vpliva. Za evkariontske celice so ključni zaznavni proteini SREBP, PCYT1A, tafazzin, IRE1, PAQR-2 in IGLR-2. Posebnost teh z membrano asociiranih senzorjev je, da njihovo delovanje vodi neposredno do popravitve problema, ki je povzročil njihovo aktivacijo.

Blaž Čerenak - Zapletena biosinteza vitamina B12 in prilagoditve evkariontov na absorpcijo

Vitamin B12 ali kobalamin je eden izmed vodotopnih vitaminov, ki so potrebni za normalno delovanje določenih organizmov, med njimi prokariontov, ki so zmožni lastne biosinteze in evkariontov, ki ne proizvajajo kobalamina. Struktura kobalamina je zelo zapletena, njegova biosintetska pot v prokariontih pa posledično ena izmed težjih biosintez, kar jih poznamo. Sintetska pot je najprej enaka kot pri sintezi hema ali klorofila, dveh zelo pomembnih in razširjenih molekul v živalskih oziroma rastlinskih celicah. Nadaljnja sinteza pa lahko poteka aerobno ali anaerobno, odvisno od vrste prokariontske celice, ki biosintezo vrši. Izgradnja lahko poteče tudi po poti ponovne uporabe, ki se pridruži omenjenima potema le nekaj korakov pred končnim produktom celotnega skoraj 30 korakov dolgega procesa. Zaradi nezmožnosti sinteze pri evkariontih pa so le ti razvili poseben sistem absorpcije iz okolja, ki vključuje delovanje posebnega faktorja, kar pa ni značilno za nobeno drugo absorpcijo kateregakoli vitamina pri ljudeh. Razumevanje sinteze je privedlo do ozdravitve nekaterih bolezni in kaže na povezave med določenimi simptomi in pomanjkanjem vitamina B12 pri ljudeh. Za zmanjšanje težav se je ustvarila biotehnološka sinteza kobalamina, ki služi kot dodatek pri živinoreji ali kot direktni prehrambni nadomestek pri vegetarijancih in veganih. 

Anja Škarabot - Sinteza nukleotidov kot osnova bakterijske patogeneze

Bakterijske okužbe predstavljajo velik zdravstveni problem, še posebej v primerih ko razvijejo bakterije imunost na antibiotike. Zaradi tega so se raziskave usmerile v preprečevanje bakterijskih okužb z inhibicijo na pomembne biološke procese v bakterijah, kot je biosinteza nukleotidov. Z biosintezo nukleotidov bakterija pridobi sestavne dele DNA in RNA, ter druge molekule, ki so pomembne za pravilno delovanje kot tudi za uspešnost patogeneze. Sinteza lahko poteka na dva načina in sicer de novo ali po reciklažni poti iz že obstoječih purinskih nukleobaz ali nukleozidov v celici oz. pridobljenih iz okolja. Zaradi dveh načinov sinteze se lahko bakterije prilagajajo na različna okolja, saj se pri de novo sintezi nukleotidi sintetizirajo iz osnovnih molekul in ne potrebuje snovi iz okolja, po drugi strani pa je reciklažna pot energijsko ugodnejša. Odkrili so, da spremembe v biosintezi nukleotidov vplivajo na virulenco bakterij in patogenezo. Nekatere mutacije na genih za snovi, ki sodelujejo pri biosintezi nukleotidov, bakterijam zmanjšajo virulenco in jim preprečijo kolonizacijo gostitelja ter posledično razvoj bolezni, po drugi strani pa lahko mutacije bakterijam povišajo virulentnost in se tako razvijejo življenjsko ogrožajoči sevi. Sintezo nukleotidov pa lahko preprečijo tudi nukleotidni analogi, ki molekulam v sintezni poti preprečijo vezavo na encime in tako bakterijam znižajo virulenco, zato bi jih lahko potencialno uporabili kot zdravila.

Jasna Čarman - Inhibitorji sinteze nukleotidov kot kemoterapevtiki

Sinteza nukleotidov omogoča sintezo DNA in RNA med podvajanjem in transkripcijo, prav tako pa je ključna za delovanje popravljalnih mehanizmov. Sinteza nukleotidov poteka z recikliranjem nukleozidov in dušikovih baz ali pa z de novo sintezo nukleotidov. Slednja sintezna pot je še posebej pomembna v celicah, ki se delijo, saj te zaradi podvajanja dednega materiala potrebujejo večjo količino nukleotidov. Intenzivno, nenadzorovano podvajanje DNA ter povečana biosinteza nukleotidov so tudi ene ključnih značilnosti rakavih celic. Te celice lahko onemogočimo z inhibicijo de novo sinteze nukleotidov, ki zagotavlja zadostne koncentracije nukleotidov, pravilen potek replikacije DNA in njenih popravljalnih mehanizmov. Inhibitorji sinteze nukleotidov so navadno strukturni analogi substratov encimov, ki so vpleteni v de novo sintezo. Metotreksat kot analog folne kisline inhibira dihidrofolat reduktazo, kar onemogoči nastanek derivatov tetrahidrofolata in posledično dTMP. Permetreksed, analog folata, in 5-fluoro-deoksiuridin se vežeta na mesti substratov timidilat sintaze in preprečujeta sintezo dTMP. Oba inhibitorja povzročata stres zaradi pomanjkanja timidina. Poznamo tudi inhibitorje dihidroorotat dehidrogenaze, ki onemogočajo nastanek UMP, inhibitorje inozin monofosfat dehidrogenaze, ki preprečujejo sintezo ATP in GTP ter inhibitorje ribonukleotid reduktaze, ki preprečujejo redukcijo nukleotidov v deoksiribonukleotide. Inhibitorji sinteze nukleotidov se že uporabljajo kot kemoterapevtiki, saj inhibirajo le de novo sintezo in s tem omogočajo preživetje celic, ki se ne delijo in jim za vzdrževanje homeostaze zadostuje sintezna pot recikliranja.

Špela Puhov - Nevrotransmiter gamaaminomaslena kislina v boju proti kugi sodobne dobe, anksioznostnih motnjah

Γ-aminomaslena kislina (GABA) je glavni inhibitorni nevrotransmiter v centralnem živčnem sistemu. Sintetizira se v GABAergičnih nevronih iz glutamata z odcepom karboksilne skupine, pri čemer reakcijo katalizira encim GABA dekarboksilaza. Nastala aminokislina se nato zapakira v vezikle s pomočjo vezikularnega GABA transporterja in ob primernem signalu se sproži eksocitoza le-teh. Po vstopu v sinaptično špranjo se živčni prenašalec lahko veže na dvoje različnih receptorjev, in sicer GABAA ter GABAB, ki imata različna mehanizma delovanja, pri obeh pa pride do hiperpolarizacije postsinaptičnega nevrona in preprečitve nadaljnjega prenosa signala, s čimer se regulira vzdraženost nevronov. Po opravljeni nalogi se GABA privzame nazaj v predsinaptične nevrone. Zaradi konstantnega stresa pa lahko pride do okvar v tem inhibitornem sistemu, kar privede do patoloških stanj, kot je na primer anksioznost. Pri anksioznosti se najpogosteje pojavijo napake v sintezi in eksocitozi γ-aminomaslene kisline, to pa ima za posledico povečano vzdraženost živčnih celic. To patološko stanje se lahko zdravi z različnimi anksiolitiki, največkrat so v uporabi benzodiazepini, vendar pa ti s seboj prinašajo veliko hudih stranskih učinkov, zato je njihovo jemanje omejeno le na krajša obdobja in novejše raziskave so usmerjene v iskanje varnejših substanc.

Miha Bernik - KREATIN: VEČ KOT LE PREHRANSKO DOPOLNILO – RAZISKOVANJE NJEGOVE KLJUČNE VLOGE V BIOKEMIJI IN ZDRAVJU

Ta seminarska naloga se podrobno ukvarja s kreatinom, poudarja njegovo sintezo, bioenergetiko in aplikacije v športu ter medicini. Kreatin je ključen ne-proteinogeni aminokislinski derivat, ki se večinoma sintetizira v jetrih in ledvicah ter je bistven za vzdrževanje energijskega ravnovesja v telesu, zlasti v tkivih z visokimi energetskimi zahtevami, kot so skeletne mišice in možgani. Seminarska naloga opisuje endogeno sintezo kreatina in njegovo presnovo vključno s pretvorbo v fosfokreatin, ki je ključna molekula za regeneracijo ATP-ja v mišicah. Poleg biokemijskih vidikov, seminarska naloga izpostavlja tudi ergogene učinke kreatina v športu, kjer dopolnjevanje s kreatinom izboljšuje športno zmogljivost in pripomore k boljšemu prilagajanju telesa na intenzivno vadbo. Razpravlja se tudi o potencialnih terapevtskih koristih kreatina, vključno z njegovimi nevroprotektivnimi lastnostmi. Varnost dopolnjevanja s kreatinom je potrjena z obsežnimi študijami, ki kažejo, da je dopolnjevanje varno za različne starostne in klinične skupine ter je morda celo koristno, še posebej pri mlajših otrocih v obdobju rasti. Ta naloga tako nudi temeljit vpogled v biokemijo kreatina, njegovo pomembno vlogo v človeškem telesu in njegovo aplikativnost v različnih kontekstih, od športa do medicine, do uporabe pri različnih populacijah

Klara Kolenc - Biosinteza prolina in od prolina odvisna regulacija metabolizma kolagena

Kolagen je protein, ki ga najdemo v vezivnem tkivu in je bistven za ohranjanje njegove pravilne strukture. Glavni gradnik kolagena je aminokislina glicin (Gly), ki predstavlja večji del njegove mase, prolin in hidroksiprolin pa skupaj predstavljata le 23% kolagena. Kljub temu pa je prolin vseeno zelo pomembna aminokislina, saj lahko vpliva na samo biosintezo kolagena. Prolin v osnovi nastane iz glutamata, njegova sinteza pa je povezana tudi z urea ciklom in ciklom citronske kisline, saj lahko delno prolin nastane tudi iz arginina. Pri tem je pomemben intermediat P5C, ki povezuje te aminokisline med seboj. Sama sinteza prolina je energijsko zelo zahteven proces, saj se pri njem porablja energija v obliki ATP. Sinteza kolagena poteka v fibroblastih, kjer nastaja trojni heliks. Pomembna je tudi neaktivnost encima POX v fibroblastih, kar vodi v nezmožnost pretvarjanja prolina nazaj v glutamat. Do sedaj znane študije so bile narejene na osnovi celičnih kultur, kjer je bila možna prilagoditev določenih medijev, kot na primer odstranitev glutamina iz celice, ki je ključen za ugotavljanje vpliva prolina na biosintezo kolagena. Ugotovili so da je prolin ključen za biosintezo kolagena. V realnosti so stvari nekoliko drugačne, saj je odsotnost glutamina v celici skoraj nemogoč dogodek, zato je potem tudi dejanski vpliv prolina na sintezo kolagena v naših telesih manjši. To znanje pa so lahko naprej uporabili za raziskovanje načinov zdravljenja nekaterih bolezni vezivnega tkiva med njimi tudi pomanjkanje prolidaze (PC) in fibroze.