BIO1 Povzetki seminarjev 2011

Alja Zottel: Vloga imunskega sistema pri nastanku ateroskleroze

Glavni vzrok nastanka ateroskleroze je imunski odgovor na lipoproteine majhne gostote oz LDL, ki se kopiči pod endotelom arterijskih žil. Apolipoprotein B100, ki je komponenta LDL, se veže na proteoglikane zunajceličnega matriksa in se pod vplivom različnih radikalov oksidira. OxLDL nato aktivira endotelijske celice, da začnejo proizvajati adhezijske beljakovine, kot sta E-selektin in VCAM-1. Te beljakovine skupaj s kemokini povlečejo monocite, T limfocite in in dendritske celice v endotelijsko plast žile. Monociti se nato pod vplivom M-CSF citokina diferencirajo v makrofage. Makrofagi nato začnejo proizvajati odstranjevalne receptorje. Ti tako lahko prepoznajo oxLDL in ga z endocitozo vsrkajo. Makrofagi se zato napihnejo in spremenijo v »foam cell«. Te celice so najštevilčnejše celice v aterosklerotskih plakih. Dejavniki, ki pospešujejo nastanej ateroskleroze so signalni proteini PRR, T levkociti in proteini CRP. T celice pomagalke izločajo interferon gama, ki privlači monocite. Protein CRP se veže na navadni LDL in tako ga lahko makrofagi, ki imajo receptorje za CRP vsrkajo. Dejavniki, ki preprečujejo nastanek ateroskleroze so B limfociti in protein PPAR. PPAR je receptorski protein oz. transkripcijski faktor, ki preprečuje nastanek »foam cell« celic in vsrkavanje LDL v makrofage. Preprečuje tudi razvoj T celic in povečuje količino HDL v krvi.

Veronika Jarc: Hepatitis C

Hepatitis C(HCV) je nalezljiva bolezen, ki napade ljudi, šimpanze ter nekatere majhne modelne živali. HCV spada med RNA viruse z ovojnico.Razvrščen pa je v rod hepacivirus ter družino flaviviridae. Sestavljen je iz 6 genotipov (1-6), ki se razlikujejo v nukleotidni sekvenci od 30-35%, sedmega pa so odkrili leta 2008 (Gottwein et al., 2008). HCV vsebuje pozitiven trak gena (9,6 kb), ki je sestavljen iz 5´-NCR( non-coding region), 3´- NCR in IRES( internal ribosome entry side). IRES vsebuje odprto bralno ogrodje, ki šifrira strukturne in ne strukturne proteine. Med strukturne proteine spadajo proteinsko jedro, virusna RNA ter dva glikoproteina E1 in E2. Sestavni deli ne strukturnih proteinov pa so hidrofoben protein p7, NS2-3 proteaza, NS3 serin proteaza, NS4A polipeptid, NS4B protein, NS5A protein in NS5B RNA odvisna RNA polimeraza (RdRp). S pomočjo različnih odkritij, kot so HCVpp(sestavljen iz lipidne ovojnice z E1-E2 proteini, na retrovirusni nukleokapsidi), izoliranje kloniranega gena 2a ter s pomočjo tega gena HCVcc( cell-culture produced HCV), so znanstveniki začeli preučevati življenski cikel in celično strukturo hepatitisa C. To so dosegli z preučevanjem različnih eksperimentalnih modelov kot so imunski odzivi, NK celice in dendritske celice. Poznamo tudi proteine, ki jih HCv sreča v hepatocitski celici in ti so in tegrin RGE/RGD, LDL receptor, HDL receptor, klaudin okludin in tetraspanin CD81.

Matja Zalar: Protein p53

Protein p53, včasih imenovan tudi varuh genoma, kodira gen TP53 na sedemnajstem kromosomu. Je eden izmed tako imenovanih tumor-supresorskih proteinov, ki, kot to sporoča že samo ime, zavirajo nastanek in rast tumorjev. Na področju razumevanja delovanja, vloge in strukture proteina p53 in njegovih mutantov se izvaja veliko raziskav. Trenutno je p53 najbolj raziskan tumor-supresorski protein, še zdaleč pa ni edini. Gre za protein, ki se kopiči v jedru in z vezavo na DNA v obliki teramera nadzoruje in regulira procese kot so apoptoza, zaustavitev celičnega cikla in popravljanje poškodovane DNA. Za raziskovalce je še posebno zanimiv zaradi dejstva, da v nemutirani obliki zavira nastanek in rast tumojev, njegove GOF mutirane oblike pa pripomorejo k nenadzorovani delitvi celic in nastanku rakastih tkiv. Veliko raziskav se ukvarjaja z iskanjem snovi, ki bi obnovile osnovno obliko p53, oziroma uničile mutantske oblike p53 v rakastih celicah ter s tem uničile tumor. To pa bi lahko bistveno izboljšalo tehnike zdravljenja rakavih obolenj in odziv človeškega organizma na ta zdravljenja. Odkrili so že kar nekaj takšnih snovi (RITA, PRIMA, nutlin3), ki pa jih še vedno testirajo in še niso v redni uporabi pri zdravljenju rakavih obolenj.

Andrej Vrankar: Androgena alopecija

Na podlagi raziskav, ki so jih znanstveniki izvedli na celičnih vzorcih posameznikov z androgeno alopecijo, so ugotovili, da je bila domneva, da je za nastanek AGA kriv propad matičnih celic v lasnem mešičku oziroma, propad samega lasnega mešička napačna. Raziskave so pokazale ravno nasprotno in sicer, da se matične celice tudi v plešastem lasišču posameznika z AGA ohranjajo in da lasni mešički ne propadejo, vendar se le zelo skrčijo. So pa ugotovili, da se število celic imenovanih predniške celice v plešastem lasišču močno zmanjša, kar je eden od glavnih vzrokov za nastanek AGA, saj so prav predniške celice tiste, ki so zaslužene za rast las. Čeprav se dednost smatra kot glavni vzrok za nastanek AGA, pa tudi hormoni igrajo pomembno vlogo. Pri moških je to moški hormon testosteron, ki se s pomočjo encima 5-α-reduktaze v lasno mešičnih celicah pretvarja v svojo bolj aktivno obliko dihidrotestosteron (DHT). Ta se se nato s posebno vezjo veže na androgene receptorje v lasnih mešičkih, kar sproži posebne procese, ki skrajšajo anageno fazo celičnega cikla. Zaradi skrajšanja te faze las prej prestopi v telogeno fazo in izpade. Kako občutljivi so lasni mešički na androgene pa je seveda gensko pogojeno.

Sandi Botonjić: Tioredoksinu podoben protein (TXNL2) ščiti kancerogene celice pred oksidativnim stresom

Kisikovi radikali, ki povzročajo oksidativni stres lahko v skrajnem primeru poškodujejo DNA in tako povzročijo nenadzorovano delitev celic, kar pomeni nastanek raka v organizmu. Hkrati pa je raven kisikovih radikalov v rakastih celicah višja, kot v zdravih, in sicer zaradi onkogenih stimulacij, povečane presnovne aktivnosti ter okvare mitohondrijev. Toda rakave celice imajo, kot protiutež tudi močan antioksidantni mehanizem s katerim zavirajo programirano celično smrt.

Raziskovalci so tekom analiziranja večih tkiv, ki so obolela z različnimi vrstami raka ugotovili, da je pri vseh povečana raven tioredoksinu podobnega proteina - TXNL2. Zatem so izvajali poskuse na miših tako, da so jim vbrizgali kancerogene eritrocite in ko so se pojavili simptomi tumorja – so jim vbrizgali še protein TXNL2. Ugotovili so, da protein TXNL2 zavira rast rakavih celic. Proučevali so tudi vpliv proteina TXNL2 v mišjih zarodkih. Prišli so do zaključka, da protein TXNL2 regulira raven kisikovih radikalov tako pri živečih organizmih, kot med embriogenezo.

Znanstveniki so prepričani, da je protein TXNL2 potencialna tarča bioloških zdravil v prihodnosti. Namreč monoklonska protitelesa (med katere spade tudi TXNL2) za zdravljenje raka z vezavo na receptorje za rastne dejavnike blokirajo celično rast in diferenciacijo ter tako zaustavijo rast tumorja. Zaustavijo lahko tudi rast tumorskega ožilja in s tem posredno onemogočajo rast tumorjev in metastaziranje. Med mehanizme delovanja monoklonskih protiteles, spada tudi ciljanje drugih efektorskih molekul na mesta delovanja - kot so npr. kisikovi radikali. Raziskave so potrdile, da to velja tudi za protein TXNL2.

Ana Dolinar: Prilagojena ali prilagodljiva imunost? Primer naravnih celic ubijalk

Naravne celice ubijalke (NK celice) so vrsta levkocitov. V človeškem telesu so zadolžene za uničevanje patogenih organizmov s pomočjo za celice strupenih snovi. Na površini imajo pet skupin receptorjev: aktivacijske, inhibitorne, kemotaksične in citokine ter adhezijske receptorje.

Njihova aktivacija je odvisna od vezave ligandov na površinske receptorje NK celice. Če je vezanih več inhibitornih ligandov kot aktivacijskih, potem se NK celica ne aktivira, ker inhibitorni ligandi zavrejo delovanje NK celice. V primeru, da se veže več aktivacijskih kot inhibitornih ligandov ali pa se slednji sploh ne vežejo, se NK celica aktivira (aktivirana NK celica-rumeno, tarčna celica-rdeče). Vezava kemotaksičnih ligandov vpliva na gibanje molekule zaradi kemičnih signalov, vezava citokinov spodbuja rast celic ali sintezo snovi, ki jih potrebuje imunski sistem, vezava adhezijskih ligandov pa omogoča pritrjanje NK celice na tarčno celico.

Raziskovalci se trudijo, da bi našli optimalno imunoterapijo, pri kateri bi sodelovale NK celice. Te terapije bi bile uporabne predvsem pri rakavih obolenjih, vendar so možnosti tudi pri obolenjih z virusom HIV ali z virusom hepatitisa C. Ta način imunoterapije je mogoč, ker večina tumorskih celic in virusov ne izraža MHC tipa 1, pomembnega inhibitorskega liganda za NK celice. Zgradba MHC-1 molekule, prikazana z Ribbonovim diagramom in vezanim peptidom (A) ter površinska struktura molekule z vezanim peptidom (C). Slika B prikazuje molekulo MHC-2 z vezanim peptidom.

Urška Rauter: Razvojne vloge Srf, kortikalnega citoskeleta in celične oblike pri orientaciji epidermalnega vretena

Mehanizem nastajanja polariziranega epidermalnega sloja, ki s procesoma stratifikacije in diferenciacije tvori kožo, regulira več različnih med seboj v komplekse povezanih bioloških molekul. Trije najbolj osnovni procesi so delovanje proteinov aktina, orientacija vretena in sistem celične signalizacije. Znanstveniki pa so v obširni raziskavi potrdili tudi pomembno vlogo t. i. Srf proteina (serum response factor protein), transkripcijskega dejavnika, katerega pomembna vloga je regulacija celične diferenciacije.

Srf je transkripcijski dejavnik, ki se veže na določen, njemu ustrezen receptorski element; Sre (serum response element), to so predvsem geni v zgodnjem razvoju, geni za razvoj nevronov in mišična gena (proteina) aktin in miozin. Ker je njegova primarna funkcija regulacija ekspresije naštetih genov, odločilno vpliva na celično rast in diferenciacijo, prenos med nevroni in razvoj mišic.

Namen raziskave je obširen. Rezultati obetajoči. Dokazali so pomembno vlogo Srf proteina pri marsikaterem mehanizmu/procesu v embrionalnem razvoju. Tako recimo Srf odločilno vpliva na diferenciacijo celic, saj izguba le-tega povzroči kaotično deljenje in diferenciacijo celic med več plastmi epidermisa. Nadalje vpliva tudi na pravilno vzpostavitev polarnosti bazalne lamine in še najbolj ključno na tvorbo aktinsko-miozinskega skeleta, ki je nujen za pravilno mitozo, posledično za obliko in trdnost celice. Orientacija vretena in asimetrično dedovanje sta po zadnjih raziskavah osrednja mehanizma, ki omogočata matičnim celicam samostojno obnovi in diferenciacijo v pravilni smeri. Rezultati kažejo, da lahko takšne signale pošiljamo preko Srf proteina in aktinsko-miozinskega skeleta, za pravilno tvorbo in nadzirano regulacijo orientacije vretena, asimetrične celične delitve in nasploh usodo posamezne celice. Rezultati razkrivajo nove pojasnitve bioloških procesov, ki sodelujejo pri tvorbi morfologije epidermisa.

Špela Pohleven: Prioni

Prioni so patogeni proteini, ki se od svojih nepatogenih, normalnih, v zaporedju aminokislin enakih dvojnikov, razlikujejo v 3D strukturi – imajo večji del β ploskev. Poznamo več vrst prionov, toda običajno govorimo le o proteinu PrP, ki je prisoten pri ljudeh in živalih. Ostali so namreč značilni za glive, ki so tako primerne za razne raziskave. Za prione je značilno povezovanje v nitaste polimere, ki jih imenjujemo amiloidi. Znanstveniki domnevajo, da je prav njihova urejena struktura tista, zaradi katere so slabo topni v detergentih in odporni na proteaze. Najbolj nenavadna lastnost prionov pa je njihova zmožnost širjenja brez potrebe po DNA in RNA. V zvezi s tem potekajo številne raziskave, saj prioni povzročajo številne smrtne bolezni, kot so Creutzfeldt-Jakobova bolezen, smrtonosna družinska nespečnost in druge. Z informacijami, ki jih tako pridobivajo, je možnost za odkritje zdravila večja. Pri eni od nedavnih raziskav so tako ugotovili, da obstajata dve prionski obliki proteina PrP – infektivna in toksična. Za raziskave so uporabili miši z različnim izražanjem gena PRNP za PrP protein. Vse so okužili s prioni praskavca (ena od prionskih bolezni). Vse so dosegle enak prag infektivnosti, toda smrt ni nastopila istočasno. Iz meritev so znanstveniki prišli do zaključka, da morata obstajati dve različni obliki. To pa je le izhodišče za nove raziskave.

Maša Mohar: Sladkorna bolezen, kot bolezen imunskega sistema

Diabetes mellitus je kronična motnja metabolizma beljakovin, lipidov in ogljikovih hidratov. Nastane zaradi zmanjšane funkcije proizvajanja insulina v telesu. Njen vzrok pa je lahko studi zmanjšana sposobnost telesnih celic za pravilno izkoriščanje insulina. Tip 2 je od insulina neodvisen diabetes (NIDDM). Ta tip ima 80-90% vseh pacientov in se pojavi v odraslem obdobju življenja, spodbudijo ga lahko različni mehanizmi, in za nekatere se še ne ve točno kako pride do tega, je pa res da k temu veliko pripomore nezdrav način življenja in seveda dednost. Prav tako se diabetes tipa 2 deli v dve skupini in sicer na debeli tip, ki ga ima približno 80% vse populacije in na ne debeli tip. Da je T2D bolezen imunskega sistema pa ugotovimo s tem ko vidimo kako se telo odzovena določene mehanizme, ki sprožijo to bolezen. To so oksidativni stres, stres ER( endoplazemski retikel), lipotoksičnost in glukotoksičnost. Prav tako je potrebno poudariti, da ima diabetes tipa 2 svoje metabolne karakteristike in skupaj s temi patogenimi mehanizmi tvori formulo za nastanek bolezni. Seveda lahko pri T2D pride tudi do dolgoročnih komplikacij, kot so makro in mikro- vaskularne bolezni, problemi z ledvicami, očmi in živci. Te pa so glavni dejavniki za povzročitev hujšega bolezenskega stanja in ne nazadnje tudi smrti zaradi diabetesa.

Mirjam Kmetič: Regulacija celičnega metabolizma železa

Železo je pomemben mikroelement, ki ga vezanega na proteine, vsebujejo skoraj vsa živa bitja. Celice sesalcev potrebujejo zadostno količino železa, da zadovoljijo metabolne potrebe ali dosežejo specializirane funkcije. Vsekakor pa je železo potencialno strupeno, še posebej v obliki Fe2+ ionov, ki katalizirajo pretvorbo vodikovega peroksida v proste radikale, ti pa poškodujejo veliko celičnih struktur (DNA, proteine, lipide...) in posledično celica lahko celo odmre. Vse oblike življenja se temu izognejo tako, da vežejo železove ione na proteine in tako hkrati izkoristijo njegove ugodnosti. Železo se prenaša v tkivo ob pomoči kroženja transferina, prenašalca, ki veže železo v plazmi, katerega predvsem sproščajo črevesne resice in retikuloendotelni makrofagi. Z železom bogat transferin se veže na membranski transferin receptor 1, kar se odraža z endocitozo in sprejemom te kovine. Sprejeto železo se prenese do mitohondrija za sintezo hema ali železo-žveplovih proteinov, ki so bistveni deli mnogih metaloproteinov. Presežno železo se skladišči in detoksificira v feritinu, ki je v citosolu. Metabolizem železa je nadzorovan na različnih nivojih in z raznovrstnimi mehanizmi. Pri uravnavanju je zelo pomemben sistem IRE (iron-responsive element)/IRP (iron-regulatory protein), dobro poznano post-transkripcijsko regulatorno vezje, ki ne le vzdržuje homeostazo v različnih tipih celic, ampak tudi prispeva k sistemskemu ravnovesju železa.

Lea Kepic: Agonisti adrenoreceptorjev β2

Vloga receptorjev v organizmih je zelo pomembna saj prenaša vse potrebne informacije za delovanje. Delimo jih na ionotropne in metabotropne. Največja skupina metabotropnih receptorjev pripada receptorjem, ki so sklopljeni s proteinom G. Mednje spadajo tudi adrenergični receptorji ali adrenoreceptorji. Adrenoreceptorji so tarčni za katekolamine (fight or flight hormoni) med katere spadajo adrenalin, noradrenalin in dopamin. V svojem seminarju sem se posvetila predvsem podskupini β2 (β2-AR) in njihovim agonistom. Agonisti so spojine, ki se selektivno vežejo na specifične receptorje, ki sprožijo nadaljnji odziv. Njegova naloga je posnemanje naravno obstoječih (endogenih) molekul, kot so na primer hormoni. Najbolj pogost in učinkovit agonist za β2-AR je izoprenalin, med hormoni pa je najboljši adrenalin. S pomočjo eksperimentov znanstveniki raziskujejo posebnosti v zgradbi predvsem kristalnih struktur, tvorbo vezi z različnimi spojinami, konformacijske spremembe, vpliv inhibitorjev, ravnotežna stanja ter energijska pretvarjanja. Rezultati teh raziskav so izhodišče za praktično uporabnost agonistov. Zaradi njihovih lastnosti jih vedno več uporabljamo v medicini za zdravnjenje plujčnih bolezni; predvsem astme in bronhitisa. To področje za enkrat še ni do dobra raziskano zato jih navadno uporabljamo le kot dodatke drugim zdravilom. Raziskani pa so že tudi nekateri negativni učinki na telo.

Iza Ogris: Zakaj imajo možgani glikogen?

Glikogen se v možganih nahaja v precej manjših koncentracijah kot v jetrih in mišicah.Pojavi se vprašanje o njegovi vlogi v možganih in kje se nahaja. Glikogen vsebujejo astrocite- glia celice, ki obdajajo nevrone in skbijo za koncentracijo ionov v izvenceličnem prostoru ter dovajanje določenih snovi nevronom. Ko se med aktivnostjo nevronov v izvenceličnem prostoru kopičijo kalijevi ioni, jih astrocite začnejo privzemati z K/Na ATPazo. Posledično se v astrocitah zviša nivo AMP, kar stimulira delovanje encima glikogen fosforilaze (razgradnja glikogena). Astrocite med nevronsko aktivnostjo privzemajo tudi živnčni prenašalec glutamat iz sinaps, ki tudi posredno povzroča padec energije v astrocitah. Ko se nivo glukoze v dejavnih nevronih znižuje, se medtem v astrocitih povečuje. Koncentracija glukoze je nato v astrocitih večja kot v izvencelični tekočini in nevronih, zato se ustvari koncentracijski gradient kar omogoči pot glukoze iz astrocitov v nevrone. Pri vzdrževanju glukoze se tako razgradnja glikogena izkaže za bolj učinkovito kot le privzem glukoze iz krvi. Razkriva se izvor in usoda glukozne rezerve.

Ines Kerin: Kanabinoidi za zdravljenje shizofrenije? Uravnotežena nevrokemična sestava za škodljive in terapevtske učinke uživanja konoplje

Že desetletja velja prepričanje, da je uživanje konoplje eden pomembnih dejavnikov za nastanek in razvoj shizofrenije. Vendar so v novejših raziskavah odkrili, da naj bi kanabinoidi, psihoaktivne substance v konoplji, izboljšali nevropsihološke učinke in negativne simptome, ter imeli antipsihotične lastnosti pri ljudeh s shizofrenijo. Shizofrenija je huda duševna bolezen iz skupine psihoz. Simptome shizofrenije povzroča spremenjena količina določenih snovi v možganih, in sicer živčnih prenašalcev, ki omogočajo medsebojno komunikacijo možganskih celic. Motnje v komunikaciji pa povzročajo spremembo v delovanju možganov. Pomembno vlogo ima pri bolezni dopamin, ki lahko s prevelikim sproščanjem izzove nekatere simptome. Shizofrenijo zdravijo s pomočjo antipsihotikov, ki imajo podobne lastnosti kot kanabinoidi v konoplji. Vendar se učinki konoplje od učinkov antipsihotikov nekoliko razlikujejo. Pri negativnih simptomih konoplja, tako kot antipsihotiki, spodbuja sproščanje in delovanje dopamina. Manj znano pa je, ali zavira ali spodbuja delovanje ostalih petih nevrotransmiterjev (serotonina, acetilholina, noradrenalina, glutamina in GABA). Na pozitivne simptome ima konoplja, kot je vidno v tabeli lahko tako koristne kot nekosristne učinke. Simptome lahko izboljša z zaviranjem sproščanja serotonina, acetilholina in noradrenalina. V primeru dopamina, glutamata in GABA ima konopla negative učinke, saj v nasprotju z antipsihotiki, poveča sproščanje dopamina in zavira delovanje glutamata in GABA. Obstajajo dokazi, da imajo kanabinoidi zdravilne učinke na pozitivne in negativne simptome pri shizofreniji. Vendar to poglavje še ni zaključeno in se izvajajo še nadalnje raziskave v tej smeri.

Eva Knapič: Kako virusi vodijo delovanje celice.

Virusi so geni obdani z zaščitno proteinsko ovojnico. Za izražanje teh genov, da lahko naredijo proteine in podvojijo kromosome, je potrebno, da vstopijo v celico in uporabijo celične mehanizme, saj sami tega niso zmožni. Poznamo več vrst virusov. Posebnost evkariontskih virusov je sposobnost posnemanja kratkih linearnih motivov proteinov poznanih pod kratico SLiMs. To so deli proteinov, ki so odgovorni za posredovanje med nekaterimi celičnimi funkcijami. So zelo kratki, večinoma nekje od 3 do 10 aminokislin. Motivi sodelujejo pri vezavi proteinih, pri prepoznavanju post-translacijske modifikacije encimov, pri usmerjanju proteinov v celične razdelke in pa so prisotni na cepitvenih mestih proteina. S posnemanjem različnih motivov lahko virusi prevzamejo nadzor nad celico. Najpogostejši mehanizmi prevzema nadzora so uporaba celičnega transporta, manipuliranje signalnega transporta, nadzor proteinov v celici, regulacija prepisovanja, sprememba modifikacije gostiteljevega proteina in usmerjanje modifikacije proteinov. Uporaba proteinskih motivov v celici in lahko posnemanje le teh predstavlja šibkost v celični organiziranosti, saj virusi s pridom izkoriščajo to v svojo korist. Posnemanje motivov virusom omogoča, da sami vodijo delovanje celice in se sami s pomočjo celičnih mehanizmov enostavno razmnožujejo in tako hitro okužijo celoten organizem. V nadalje bodo potekale raziskave za izkoriščanje posnemanja motivov v namene zdravljenja virusnih okužb.