Ke2 Povzetki seminarjev

Neva Klančar in Katja Bokalič: Razvoj raka

Prav tako kot pri drugih procesih tudi pri prenosu signalov naletimo na motnje. V tem primeru lahko govorimo o razvoju raka. Ta bolezen nam vzbuja strah iz razloga, ker se v veliko primerih lahko konča s smrtjo. Pri tem procesu gre za nenadzorovano delitev celic. Pri kopiranju dednega zapisa lahko pride do mutacij, kontrolni sistem celičnega cikla pa sodeluje pri popravljanju teh napak. V kolikor napake niso zaznane in odpravljene, celica sproži proces apoptoze, ki pomeni programirano celično smrt. Ob tem razvoju in nastanku raka pa velja omeniti pomembne proteine kot sta na primer tirozin-kinaza in Ras protein. Rak pa je lahko lokaliziran na enem področju ali pa z odcepljanjem celic nastane sekundarni tumor, ta potek se imenuje metastaziranje. Stadije raka lahko klasificiramo s splošnim razvrščanjem ali pa TNM oznakami. S tem opišemo, kako je rak razširjen, ali so vpletene bezgavke in če so prisotne metastaze. Vsak bolnik, ki ima raka pa si seveda želi, da bi bil ozdravljen. Tako se specializirano osebje lahko posluži različnih metod zdravljenja, najbolj so v uporabi kirurški posegi, radioterapija in zdravila ali pa se uporablja kombinacija le-teh. Za konec pa še podatek, da je pri moških najpogostejši rak prostate, pri ženskah pa rak dojke.

Brigita Krajnc in Mateja Kožar: Aldosteron in njegovo delovanje v telesu

Aldosteron je hormon, ki spada v skupino kortikosteroidov, to so steroidni hormoni, ki nastajajo v skorji nadledvične žleze. Kortikosteroidi se delijo na glukokortikoide in mineralokortikoide. Aldosteron sodi med mineralkortikoide in nadzira raven elektrolitov in vode, tako da spodbuja resorbcijo natrija (Na+) in sekrecijo kalijevih (K+) ionov v ledvicah. Izločanje aldosterona iz skorje nadledvične žleze povroča angiotenzin II, ki se sprošča v kri, kot odgovor na znižanje krvnega tlaka ali zmanjšanja prostornine krvi. Ledvice so parni organ, kjer s pomočjo hormonov poteka uravnavanje osmotskega tlaka krvi, števila eritrocitov, kislinsko-baznega ravnovesja krvi in koncentraciji kalcijevih(Ca+) ionov. Čiščenje krvi in izločanje za telo strupeni produktov poteka v ledvičnih nefronih ali cedilnih zankah. Aktivni transport kalijevih(K+) ionov, ki se izločajo iz celice in natrijevih(Na+) ionov, ki vstopajo v celico, poteka preko membranskih proteinov, ki jim pravimo črpalke. Do izmenjave ionov pride zaradi razlike potenciala v notranjosti celice in njene okolice, porablja pa se tudi ATP. Antidiuretski hormon(ADH) imenovan tudi vazopresin je kratek polipeptid. Izloča se iz nevrohipofize in povzroči večjo prepustnost končnih delov tubulov in zbiralcih, kjer je resorbcija zaradi neprepustnega epitela zavrta, če je zmanjšan volumen krvi ali zvišan osmotski tlak. Dednost, starost, spol, prevelika telesna teža, čezmerno uživanje soli in pitje alkoholnih pijač, so dejavniki, ki vplivajo na razvoj visokega krvnega tlaka. Visok krvni tlak pa je lahko tudi posledica obolenja žlez z notranjim izločanjem, ledvičnega obolenja, povzročijo pa ga lahko tudi nekatera zdravila in farmacevtski pripravki. Telo pri približno desetini bolnikov z visokim krvnim tlakom proizvaja preveč aldosterona, kar povzroči tudi ovirano prehajanje kalijevih(K+) in natrijevih(Na+) ionov. Pretirano izločanje aldosterona imenujemo primarni aldosteroizem (primary aldosteronism). Do njega naj bi prišlo zaradi mutacije na genu, ki kodira kalijev(K+) kanal KCNJ5. Študije opravljene na podganah in miših nam pokažejo, da pride do primarnega aldosteronizma, če so le te bile izpostavljene visoki ravni soli in večjim dozam aldosterona od 4 do 8 tednov.

Martin Gladovič in Miha Zadnik: GPR39: Z G-proteinom sklopljen receptor, aktiviran z Zn2+ in njegova vloga v organizmu

GPR39 je okrajšava za receptor, ki se aktivira z Zn2+ ionom ter veže na G protein. Pri eksperimentiranju so opazili, da je cinkov ion pomemben stimulator in agonist za ta receptor. Po tem odkritju je sledila množica raziskav o možnih vlogah v fizioloških procesih. Raziskave kažejo na pomembnost tega receptorja pri tako parakrinem kot endokrinem prenosu signalov in pri zelo različnih bioloških procesih. Veliko dognanj pa še ni dokončno potrjenih in potrebne so nadaljnje raziskave. Ni še znana dinamika vezave cinka na receptor, neznana je vloga skrajšane variante receptorja GPR39-1b in ligand, ki aktivira receptor pri ribah, ni še odkrit. Če bodo ligandi za ribje receptorje odkriti, bi to lahko pomenilo nove možnosti za raziskave. Potrebno bo ugotoviti, ali je ligand prisoten tudi pri ostalih vretenčarjih in ali je morda konkurenčen ciknovemu ionu pri vezavi na receptor. Vsekakor je zaradi širokega spektra delovanja receptorja smiselno bolj natančno preučiti fiziološke procese, na katere vpliva, saj bo to pripomoglo k učinkovitejšemu preprečevanju in zdravljenju številnih bolezni.

Polona Rudolf in Daša Puh: ATM aktivira pentoza fosfatno pot, kar spodbudi antioksidantno obrambo in popravilo DNA

ATM (ang. ataxia telangiectasia mutated) je encim protein kinaza. Ime je dobil po redki bolezni ataksija teleangiektazija, ki jo povzroči mutiran ATM. Glavni vpliv bolezni je na imunski sistem, zato vodi v povečano tveganje za nastanek rakavih obolenj. ATM v organizmu sodeluje v več delih celičnega cikla. Spodbuja popravilo dvoverižnih prelomov DNA, ki lahko med replikacijo DNA nastanejo zaradi reaktivnih kisikovih zvrsti. ATM se v celici aktivira, ko zazna dvoverižni prelom DNA. Delovanje ATM povzroči popravilo DNA ali apoptozo, če je DNA preveč okvarjena. V celicah, ki jim primankuje ATM se zato kopiči poškodovana DNA, kar prizadene njihovo funkcijo. Povečana vsebnost okvarjene DNA z dvoverižnimi prelomi preko aktivacije ATM posredno vpliva na aktivnost encima glukoza-6-fosfat dehidrogenaze (G6PD) in produkcijo NADPH. Aktivacija ATM spodbudi aktivnost G6PD s tem, da se protein šaperon Hsp27 veže na G6PD. Povečana vsebnost okvarjene DNA z dvoverižnimi prelomi preko aktivacije ATM posredno vpliva na aktivnost G6PD in produkcijo NADPH. Aktiviranje G6PD je povezano s povečano aktivnostjo pentoza fosfatne poti in je potrebna za povečanje deoksiribonukleotidov, ki so potrebni za popravilo DNA, saj pri pentoza fosfatni poti nastane riboza-5-fosfat, ki je eden glavnih gradnikov DNA. Povezava med ATM, G6PD, pentoza fosfatno potjo in popravilom dvoverižnih prelomov DNA obstaja v celicah vretenčarjev, tudi v človeških celicah.

Taja Pöschl in Luka Hribernik: PRIROJENE NAPAKE IN NENORMALNOSTI CIKLA CITRONSKE KISLINE V MOŽGANIH SHIZOFRENIKOV

Cikel citronske kisline poteka v osmih stopnjah in je pomenben za vsa živa bitja saj predstavlja pomenben vir spojin za nadaljno biosintezo. Ker je celoten proces dokaj kompleksen in kjer na delovanje vpliva več različnih encimov pa prihaja tudi do bolezni povezanih z nepravilniostmi v cikla citronske kisline. Bolezni, ki nastopajo večinoma prizadanjejo živčno mišične sisteme in s tem lahko povežemo tudi duševno bolezen shizofrenijo. Shizofrenjia je pogosta bolezen, ki prizadanje nekje 1% celotnega prebivalstva, največkrat pa se razvije v pozni mladosti ali v zgodnji fazi adolscence. Vzrokov za to bolezen je več, raziskave pa kažejo, da pride do biokemijskega neravnovesja v možganih s tem, ko se v sinaptično špranjo sproščjo prevelike koncentracije dopamina in drugih nevrotransmiterjev. Blage okvare presnove lahko povzročijo takšno neravnovesje in rezultati eksperimenta zdravstveno- raziskovalnega inštituta Bruke so pokazali , da je bilo v možganih pri bolniku s shizofreniji v ciklu citronske kisline spremenjeno encimsko delovanje. Ti rezultati poudarjajo dejstvo, da imajo vsi encimi TCA cikla pomembno vlogo, saj pri nepravilnem delovanju lahko vodi do mitohondrijskega oksidativnega stresa in poškodbe živcev. Neuravnovešeno delovanje encimov v TCA ciklu in nepravilnosti v energetske metabolizmu, kot kaže prispevajo k shizofreniji.

Tanja Lipec in Maja Makarovič: Signalizacija pri hipertenziji

Hipertenzija ali visok krvni tlak je bolezen, ki je neposredno povezana s srčno-žilnimi zapleti in je eden glavnih vzrokov za srčni infarkt, možgansko kap, odpoved ledvic in hipertrofijo. Osebe, ki trpijo za hipertenzijo, imajo sistolični krvni tlak višji od 140 mmHg, diastolični pa višji od 90 mmHg. Po ocenah Ameriškega srčnega združenja (American Heart Association - AHA) je pri približno 90% bolnikih srčni infarkt posledica hipertenzije. V večini primerov vzroka arterijske hipertenzije ne poznamo in je ne moremo ozdraviti, lahko pa z ustreznim zdravljenjem znižamo krvni tlak na normalne vrednosti in s tem odložimo ali celo preprečimo nastanek zapletov zaradi trajno zvišanega krvnega tlaka. Z G-proteini sklopljeni receptorji kinaze (GRKs) uravnavajo ključne procese v organizmu z nadziranjem izražanja in funkcij 7-transmembranskih receptorjev, kot sta npr. adrenergični in angiotenzin receptor. Ti so zlasti pomembni v kardiovaskularnih boleznih, ki so posledica hipertenzije, kjer je stopnja stiskanja krvnih žil zvišana zaradi agonistov (kateholamini). Gladka žilna mišica ima ključno vlogo pri uravnavanju krvnega pritiska. Uravnava razširitev krvnih žil in modulira zunanji upor. Bistvena značilnost hipertenzije je veliko skrčenje žilne mišice. Povišan krvni pritisk prisili srce, da se prilagodi na večjo skrčitev, to pa vodi do mišične hipertrofije in zmanjša se sposobnost delovanja. Polmer krvnih žil uravnavata vazodilatacija in vazokonstrikcija preko receptorjev sklopljenih z G-proteini.

Maja Dragutinović in Jerneja Korenč: Signalizacijska vloga fruktoze pri navadnem repnjakovcu

Signalizacijska vloga glukoze je že zelo poznana, vendar signalizacijska vloga fruktoze se je šele v zadnjem času odkrila kot zelo pomembno vlogo, katera vpliva na razvoj in stresne hormone pri rastlinah, ki je pa podoben signalizaciji glukoze. Nadaljnja analiza je pokazala, da povezana signalna pot fruktoze delujejo neodvisno od hexokinase1 (HXK1) zaznave glukoze.Fruktoza sodeluje z abscizinsko kislino (ABA) in signalno potjo etilena, podobno kot je HXK1 odvisna od glukozne signalizacije. Ugotovili so, da je več plasti v sadikah, ki kontrolirajo koncentracijo glukoze, fruktoze in ABA kislino. Celotna signalna pot je zelo komplekna in še nepopolna zato se v prihodnje posvečajo predvsem dognati kako določeni sladkorji vplivajo na sam potek metabolizma v celici, ter kako vplivajo v kombinaciji z ostalimi signalnimi potmi.

Janja Sotlar in Veronika Erjavec: Protein kinaze in funkcija jajčnikov

Protein kinaza je encim, ki deluje tako, da odcepi fosfatno skupino iz nukleozid trifosfata in jo kovalentno pritrdi na aminokislino s prostim hidroksilnim koncem (serin, treonin, tirozin). Glavna delitev kinaz je na serin/treonin-specifične kinaze in tirozin-specifične kinaze, nato pa jih delimo še v podskupine: AGC kinaze (PKA, PKC and PKG kinaze), CaM kinaze, CK1 kinaze, CMGC kinaze (CDK, MAPK, GSK3 and CLK kinaze), TK (tirozin kinaze). Celice jajčnikov proizvedejo veliko število protein kinaz, ki so vpleteni v kontrolo dozorevanja in rasti celic jajčnikov, apoptozo ter v delovanje, sprejem in odziv teh celic na hormone. Protein kinaze so prav tako pomembne pri nadzoru nepravilnosti (npr. sindrom policističnih jajčnikov t.i. PCOS je povezan s povečano izraženostjo receptorja serin kinaze in zmanjšano izraženostjo receptorja tirozin kinaze). Z raziskavami so ugotovili, da 39% protein kinaz pospešuje in 14% protein kinaz zavira izločanje progesterona (hormon, ki vpliva na maternično sluznico) iz jajčne celice oz. rumenega telesca. Pokazalo se je tudi, da sta PKA in PKC pomembna pri kontroli hormonov rumenega telesca. Prav tako so ugotovili, da je 36% protein kinaz vpletenih v aktiviranje in 8% v inhibiranje celičnega cikla celic jajčnikov. cAMP/PKA lahko pospešuje, zavira ali pa nima vpliva na rast celic, medtem ko so ostale protein kinaze vpletene predvsem v pospeševanje celičnega cikla. Kinaze imajo velik pomen tudi pri pojavu maligne transformacije celic jajčnikov, saj prav napake v delovanju posameznih kinaz lahko privedejo do nastanka tumorskih celic. Če torej poznamo vpliv delovanja kinaz na razvoj tumorjev, lahko z inhibicijo njihovega signaliziranja zmanjšamo ali odpravimo nastanek rakavih celic.

Nastja Hrovat in Amanda Krajnc: Struktura PFK od prokariontov do evkariontov

PFK je homotetrametrični encim, ki katalizira prvi ireverzibilen korak pri glikolizi, to je od ATP odvisna fosfarilizacija fruktoze 6-fosfata v fruktozo 1,6-bifosfat. Vsebuje prbl. 300 AK-ostankov. Vsak dimer ima vezavno mesto za ATP kot tuki vezavno mesto za substrat zraven katerega se lahko veže tudi alosterični efektor. Aktivacija evkariontske PFK je modulirana preko številnih efektorjev, v odgovoru na celične potrebe energije in gradnje blokad za biosintezo. V tej seminarski bomo primerjali evkarionski PFK1 iz dveh primerov : v zajčji skeletni mišici in v kvasovki Saccharomyces cerevisiae z bakterijskim PFK, kot izbran predstavnik prokariontov. Kristalna struktura evkariontske PFK predstavlja kako uspešne so odražene genske duplikacije in fuzije v proteinski strukturi in kako ta dovoli evolucijo novih funkcij. Pokazali bomo kako se osnovna zgradba in funkcije PFK1 niso spremenile, vendar da so se nove stopnje izoblikovale okoli teh. Analiza kompleksov protein-ligand je tudi pokazala nove aktivatorje PFK1, ter odkrila nova vezavna mesta za nukleotide.Kljub temu, da so se podenote povečale, dodale nove funkcije in nove stopnje oligomerizacije, so se v osnovnem pogledu ohranile vse značilnosti prokarionske PFK v evkariontski.

Maja Osenjak: Aerobna glikoliza v človeških možganih

Možgani so veliki porabniki energije. 1 gram možganskega tkiva porabi dnevno več kot 1 gram mišičevja. Porabijo okoli 125-160 gramov glukoze dnevno. Za svoje delovanje ustvarjajo energijo izključno s izgorevanjem glukoze ob prisotnosti kisika. Ne morejo neposredno uporabiti moščobnih kislin in beljakovin, saj v lobanji ni prostora za encime in ni prostora za skladiščneje glikogena (kot je v mišičevju), ki bi ob razkroju ustvarjal energijo. Pokazalo se je, da je porazdelitev aerobne glikoliza v možganih neenakomerno prisotna. Aerobna glikoliza je bistveno zvišana v velikih možganih in corteksu. V malih možganih in osrednjem delu so stopnje aerobne glikolize bistveno nižje. Ravni aerobne glikolize niso strogo povezane energetskim metabolizmom možganov. Npr. senzorni korteks ima veliko metabolično stopnjo za glukozo in porabo kisika, vendar ima zelo malo aerobne glikolize Ugotovili so, da glukoza, ki se razgradi po PPP (pentoze phosphate pathway) inhibira apoptozo pri rakastih celicah in nevronih. S tem naj bi rakste celice pridobile svojo dolgoživost (nesmrtnost) tako, da urejajo svoje redox stanje prek razgradnje glukoze. Te presenetljive razlike bodo za nadaljnje raziskave izziv razumeti, zakaj prihaja do razlik na različnih delih možganov.

Bor Arah in Martin Rozman: Vpliv omega-3 maščobnih kislin na možgane

Omega 3 maščobne kisline spadajo med nenasičene maščobne kisline, ki imajo eno ali več dvojnih vezi. Njihova skupna značilnost je, da je tretja vez dvojna, gledano z metilnega konca maščobne kisline. Maščobne kisline, ki so najbolj obravnavane v seminarju so a-linolejska kislina (ALA), eikozapentenojska kislina (EPA), ter dokozaheksanojska kislina DHA). Te tri maščobne kisline aktivno sodelujejo v endokanabinoidnem sistemu živčnih receptorjev. Če omega-3 maščobne kisline (n-3 MK) v telesu niso prisotne jih nadomestijo omega-6 maščobne kisline (n-6 MK), ki pa onemogočijo normalno delovanje endokanabinoidnega sistema. V kolikor torej pride v telesu do pomanjkanja n-3 MK se lahko pri osebku pojavijo znaki depresije. Študija na podganah je vključevala skupino živali, pri kateri so izločili n-3 MK iz hrane, ter testno skupino, ki je prejemala normalen odmerek n-3 MK. S Podgane ki niso prejele dovolj n-3 MK, so kazale znake depresije, medtem ko kontrolna skupina ni utrpela nobenih bolezenskih znakov. Maščobne kisline pa se lahko v telesu uporabijo tudi kot vir energije, saj se v mišičnih mitohondrijih pretvorijo do NADH, ter FADH2, ki ju lahko telo naprej porabi v nadaljnih biokemijskih reakcijah. Potrebno je poudariti tudi, da so maščobne kisline dober energijski vir, saj se pri presnovi n-3 MK lahko sprosti tudi do 37 kJ energije na gram snovi.

Matej Kocen in Hermina Hudelja: Metabolični procesi v rakavih celicah

Tako za vsako normalno celico kot tudi za tumorno celico je pomembno, da zadostuje trem pogojem: zadostna raven energije, biosinteze makromolekul in vzdrževanje redoks potenciala. Ker pa se mutirane celice razmnožujejo veliko hitreje, so te potrebe veliko višje, zato je preživetje rakave celice odvisno od sprememb njenih metaboličnih poti. Te mutirajo tako, da je tumorna celica sposobna proizvesti zadostno količino makromolekul (ogljikovih hidratov, beljakovin, maščob in nukleinskih kislin), kar ji omogoča neovirano rast. Vez med rakom in spremenjenim metabolizmom ni nič novega. Najbolj opazna in preučena metabolična pot v rakavih celicah je Warburgov efekt, ki za pridobivanje ATP molekul namesto oksidativne fosforilacije uporablja glikolizo tudi pod normalnimi pogoji (za razliko od normalnih celic, večina preobraženih celic dobi ustrezno količino energije iz aerobne glikolize, ki pretvori glukozo v laktat). Vendar pa glukoza ni edini vir, ki so ga rakave celice sposobne izkoristit kot vir ATP-ja. Dokazano je bilo, da so tumorji sposobni koristiti različne spojine, kot so aminokisline, maščobne kisline in celo laktat, s katerimi si zagotavljajo zadostno količino energije za nemoteno delovanje. Kar 30% tumorjev znotraj določenega tipa je namreč FDG–PET-negativnih (kot energetski vir ne uporabljajo glukoze, temveč druge vire). Skozi popolno razumevanje mutacij metaboličnih procesov, bi lahko odkrili njihova ranljiva mesta ter jih uporabljali za zdravljenje tega dandanes zelo razširjenega obolenja.

Boštjan Žener in Urša Petek: Razvejan metabolizem trikarboksilne kisline v človeškem parazitu Plasmodium falciparum

Plasmodium falciparum je parazit, ki povzroča malarijo. Čeprav ima P. falciparum v svojem genomu gene, ki kodirajo vse encime in sodelujejo v Krebsovem ciklu, klasičen cikel v njem ne poteka. Z metodo, pri kateri so znanstveniki sledili označenima 13C in 15N, so ugotovili kako poteka metabolizem v krvni fazi parazita. Namesto da bi imel cikel ciklično obliko, ima pri parazitu nekakšno razvejano obliko. Zaradi takšne posebne oblike nekatere reakcije ne potekajo v "klasični" smeri, poleg tega pa je cikel ločen od glikolize. Če pogledamo nastanek acetil-CoA, pa le-ta pri P. falciparum nastane preko intermediata fosfoenolpiruvata v apikoplastu, medtem ko pri evkariontih nastane z oksidacijo piruvata v mitohondriju. Poleg nenavadne oblike je posebnost cikla v parazitu, da se ne začne pri acetil-CoA, saj ta v mitohondriju ni prisoten. Zaradi tega se začne pri enem izmed intermediatov (2-oksoglutarat) in cikel poteka v dveh smereh (vejah): oksidativna ki poteka v smeri klasičnega cikla ter reduktivna, ki poteka v nasprotni smeri. Pri reduktivni smeri nastane izocitrat, ki se nato preko intermediata izomerizira do citrata. Ta citrat nato vstopi v gostiteljski eritrocit ter se pretvoti v acetil-CoA, ki nato v plazmodiju acetilira histone, ki plivajo na zvijanje DNA. Torej če pogledamo zakaj je cikel pri Plasmodium falciparum tako poseben, je to zaradi dejstva, da je svoj metabolizem prilagodil specifičnem okolju – človeškem eritrocitu, ki ga zaseda v eni izmed svojih faz v razvoju.

Esmira Nikočević in Blaž Gartner: Fizikalne interakcije med encimi TCA cikla v Bacillus subtilis: Dokaz za metabolon

Bacillus subtilis (seneni bacil) je paličasta Gram pozitivna bakterija, ki ni patogena za človeka. Odkrili so, da vsebuje proteinski kompleks treh encimov TCA cikla. Osrednji, jedrni metabolon (začasni strukturno-funkcijski kompleks) TCA cikla sestavljajo citrat sintaza (CitZ), izocitrat dehidrogenaza (Icd) in malat dehidrogenaza (Mdh). Z malat dehirdogenazo in med seboj vzajemno delujeta še fumaraza (CitG) in akonitaza (CitB), ki sta tudi encima TCA cikla. Jedrni metabolon je povezan še z nekaterimi encimi združenih poti. Pomembna je še povezava med malat dehidrogenazo in fosfoenolpiruvat karboksikinazo (PckA), ki povezuje TCA cikel in glukoneogenezo. Fosfoenolpiruvat karboksikinaza je nujna za rast Bacillus subtilis v pogojih glukoneogeneze, kjer je malat edini vir ogljika. Vse te protein-protein interakcije omogočajo, da se med večino encimov enostavno prenašajo intermediati.