BIO2 Povzetki seminarjev 2011
Ula Štok: Neuregulin 1
Neuregulin-1 je član proteinov iz družine neuregulinov in je kodiran s strani gena NRG1. Obstaja veliko tipov Neuregulina-1, ki se razlikujejo po funkcionalnosti ter mestu v telesu na katerem delujejo. Najpogosteje delujejo v živčnem sistemu, kjer lahko z nepravilnim delovanjem med drugimi povzročajo tudi zelo razširjeno bolezen - shizofrenijo. Delujejo pa tudi na ostalih tkivih in organih (na primer: srce, pljuča, oprsje in želodec). Generalno obstajata dve poti signaliziranja Neuregulina-1, in sicer: Običajna ter neobičajna pot. Pri običajni poti je ErbB receptor aktiviran direktno, v enem koraku z vezavo Neuregulina-1. To najpogosteje povzroči dimerizacijo ali heterodimerizacijo ErbB receptorja. Dimerizacija ali heterodimerizacija sicer nista nujno potrebni, a vendar do njiju pride na skoraj vseh receptorjih ErbB. Ta združitev povzroči avto- in trans-fosforilacijo intracelularnih domen tega receptorja, kar aktivira vse nadaljnje poti signaliziranja. V končni fazi pa NRG1/ErbB signaliziranje vpliva direktno na transkripcijo. Pri neobičajni poti je postopek podoben, a vendar poteka začetna stopnja malo drugače. Na začetku namreč sodeluje JMa oblika receptorja ErbB4, ki se pod vplivom TACE cepi. Del receptorja (ErbB4-CTF) se odcepi v notranjost celice. Ta peptid je velik približno 80 kD in ima specifično izoblikovano vezavno mesto za Neuregulin-1. Nadaljnji procesi pa potekajo zelo podobno kot pri običajni signalni poti. Neuregulin-1 lahko povzroča shizofrenijo na različne načine, saj sodeluje pri zelo pomembnih procesih, kot so: tvorba sinaps, mielinizacija aksonov, razvoj oligodendrocit itd. Shizofrenija je zelo razširjena bolezen in nihče še ni odkril direktnega postopka k popolni odpravi te bolezni. A vendar, v letu 2009 se je zgodila neke vrste prelomnica v študiju shizofrenije. Odkrili so namreč, da posamezniki, ki so imeli gen za shizofrenijo niso zboleli. Še več! Napaka se jim je odrazila kot zvišanje kreativnih sposobnosti na znanstvenem ali umetniškem področju, odvisno od posameznika. Ob tem se je pojavilo mnogo vprašanj, saj bi na ta način mogoče lahko poiskali pot, da bi shizofrenija postala popolnoma ozdravljiva. A vendar, je to področje še raziskano, saj znanstveniki ne vedo po kakšnih poteh pride do tega, da te mutacije na NRG1 genu ne izrazijo v bolezenskem stanju.
Maša Mirković: Proteinski produkti genov za disleksijo in z disleksijo povezane motnje
Disleksija je motnja, ki se kaže v nesposobnosti branja oziroma razumevanja prebranega, ter napakah in težavah pri izgovarjanju besed. Disleksiki,kot imenujemo posameznike, ki trpijo za disleksijo, imajo kljub normalnim intelektualnim sposobnostim, znanjem in izobrazbo, moteni veščini pisanja in branja s tendenco, da pomešajo med seboj črke ali besede med branjem ali pisanjem. V zadnjih letih, so uspeli ugotoviti mesta na kromosomih, povezana z dovzetnostjo za disleksijo. DYX1C1,KIAA0319,DCDC2 in ROBO1, so bili označeni kot kandidati, z dovzetnostjo za disleksijo. Najbolj obetaven je protein KIAA0319. Je transmembranski protein iz desetih transmembranskih vijačnic, najden v plazemski membrani nevronov. Njegov C-terminalni konec gleda v ekstracelularni matriks, manjši N-terminalni konec pa prehaja v citoplazmo nevrona. C-terminalni konec je visoko glikoziliran in nosi 5 PKD(polycystyc kidney desease) domene in eno MANEC(motif at the N terminus with eight cysteines) domeno. KIAA0319 igra vlogo pri rasti možganov in njihovi migraciji med razvojem možganov-iz tega je razvidno, da je disleksija problem v razvoju nevronov že v zgodnjih letih. Posamezniki z disleksijo nosijo izoobliko tega proteina, ki povzroči nižjo izraženost le tega. Spremembe so v 5'-regiji, ki kodira izoobliko proteina. Najopaznejše povezave z disleksijo se kažejo v 2,3 kb regiji, ki zavzema promotor, prvi nepreveden ekson in del prvega introna – odprti kromatin. Te ugotovitve vodijo, da je 5'-regija KIAA0319 gena tista lokacija alelov, ki največ prispeva k motnji branja.
Katra Koman: INZULIN
Inzulin je peptidni hormon, ki sodeluje v uravnavanju ravni glukoze v krvi. Sintetizira in skladišči se v β-celicah Langerhansovih otočkov trebušne slinavke. Sinteza poteka od prekurzorske molekule preproinzulina preko proinzulina do dokončne zrele molekule inzulina, ki se shrani v skladiščnih veziklih. Ob povišanju ravni glukoze v krvi, na primer po obroku, glukoza, ki je tudi glavni stimulator sekrecije inzulina, iz krvi preide v β-celice skozi GLUT2 transporter. Tam se fosforilira v glukozo-6-fosfat, saj tako fosforilirana ne more več iz celice, lahko pa vstopi v proces glikolize, ki mu sledita še Krebsov cikel in oksidativna fosforilacija, ki povzroči pretvorbo ADP v ATP molekule. ATP molekula stimulira zaprtje kalijevih kanalčkov, kar privede do depolarizacije celične membrane, to pa sproži na odprtje kalcijevih kanalčkov in vdor Ca2+ ionov. Povišana koncentracija kalcijevih Ca2+ ionov v celici stimulira prenos in zlitje skladiščnih veziklov z inzulinom z membrano. Inzulin se tako sprosti v krvni obtok in potuje do tarčnih celic, ki imajo na površini izražene inzulinske receptorje. Ko se veže nanj, prenese signal o povišanju ravni glukoze v krvi v celico. To povzroči kaskado reakcij znotraj celice, ki pa na koncu privedejo do translokacije veziklov z GLUT4 transporterjev na površino celice. Število teh transporterjev za glukozo se na površini celične membrane poveča in glukoza lahko prehaja v celico, posledično pa pade raven glukoze v krvi. Razgradnja inzulina poteka v jetrih in ledvicah. Okvare na katerikoli stopnji poti inzulina se odražajo v diabetesu ali drugih boleznih.
Rok Štemberger: Protein GABAA (gama aminomaslena kislina A) - zgradba, vloga in zanimivosti
V svoji seminarski nalogi sem raziskoval vlogo, pomen in zanimivosti proteina GABAA (gama-aminomaslena kislina A). To je receptor, ki se nahaja predvsem v centralnem živčnem sistemu in je zadolžen zato, da opravlja funkcijo inhibitorja. Lociran je na površini nevrotičnih sinaps in prekinja elektrokemični signal, tako da omogoči prehod kloridnih ionov znotraj celice. To se zgodi takrat ko se ustrezen ligand Gama veže na aktivno mesto tega receptorja. Konformacija podenot se spremeni in to omogoči aktivacijo receptorja. Znanstveniki so ugotovili, da obstaja več vrst GABAA receptorjev, kar pa je odvisno od sestave podenot. Najbolj pogoste podenote so alfa beta in gama v razmerju 2:2:1. V primeru da do prekinitve ne pride se lahko pojavijo epileptični napadi, psihiatrične motnje itd. Stres lahko v dobi odraščanja močno vpliva na GABAA receptorje in jih tudi permanentno strukturno spremeni, kar pa lahko kasneje v našem življenju vpliva predvsem na naš spanec in njegovo kvaliteto. Absint je bila v preteklosti prepovedana pijača, saj je povzročala razna obolenja zaradi substance imenovane tujon. Le ta se je vezala na GABAA receptorje in tako onemogočila njegovo delovanje, zato ker je preprečevala prehod kloridnih ionov v membrano. Sedaj potekajo raziskave teh receptorjev, saj je ključnega pomena čim boljša ozdravitev bolezni, ki nastanejo zaradi nepravilnega delovanja GABAA receptorja.
Veronika Jarc: Perforin
Perforin je protein, ki nastane iz citotoksičnih limfocitov T. S pomočjo grancimov napade tarčno celico in jo uniči. Rečemo lahko, da je pomemben člen pri imunskem odzivu in sodeluje s NK celicami. Sestavljen je iz 555 aminokislin, njegova molekulska masa pa je 62-67 kD. Sestavljen je iz dveh pomembnih domen, domene MACPF in domene C2. Za domeno C2 je značilno, da ima afiniteto do Ca2+ ionov. Saj se na lipidni dvosloj veže le ob prisotnosti kalcija. Drugače obstajata dva različna tipa C2 domene, ki sta bila izolirana iz različnih organizmov. Lahko rečemo, da sta oba tipa zelo podobna v tem, da sta pri tipu 1 N-konec in C-konec obrnjena na vrh domene, kar je nasprotno kot pri tipu 2. Poznamo tri MACPF domene: Plu-MACPF, C8a MACPF in lipokalin C8g. Vse te domene primerjamo z skupino proteinov citolizinov in ugotovimo nekaj podobnosti in nekaj razlik. Na splošno, pa lahko rečemo, da je evolucija poskrbela tako, da so sta si domena MACPF in citolizini raszlični le v nekaj aminokislinah. Poznamo tri mehanizme kako perforin preide v tarčno celico in pri tem pomaga gramcimom B uničit to celico. Prvi mehanizem je prehajanje preko perforinske pore in sicer s pomočjo veziklov preide v celico. Naslednji mehanizem je endosomolitični model, pri katerem je pomemben kompleks s pomočjo katerega prehaja v celico. Kot zadnji mehanizem pa je model prehodne perforinske pore, ki pove, da perforin tvori kanalčke s pomočjo katerih grancimi B preidejo direktno v celico. Grancimi B so serinske proteaze, ki se sintetizirajo v citotoksičnih limfocitih T in NK celicah.
Taja Karner: Glavoboli in migrene
Zaradi stresnega in hitrega tempa življenja, vse več ljudi trpi za občasnimi glavoboli, ki so najpogosteje posledica utrujenosti. Prav tako je vedno več ljudi, ki trpijo za močnejšimi oblikami glavobolov imenovanih migrene. V hujših oblikah migrene lahko glavobol traja do dva dni, močno migreno lahko spremljajo še drugi simptomi kot so slabost, bruhanje, občutljivost na svetlobo in močan zvok, depresija ter nespečnost. Mutacija, ki je največji krivec za nastanek bolezni se pojavlja na kromosomu 10 na genu KCNK18. Ta zapisuje protein TRESK, ki se nahaja v hrbtenjači in deluje kot kalijev kanalček. Mutacija povzroči, da ne pride do izmenjavanja ionov, kar povzroči hude glavobole. V raziskavah so odkrili zanimivo povezavo z anestetikom. Ta namreč ne glede na mutacijo ponovno aktivira kanal. To bi lahko učinkovito pozdravilo migrene, če bi ga le uspeli spraviti v primerno obliko. Ugotovili so tudi, da zdravila, ki vsebujejo citosporin in takrolimus v večini primerov povzročajo migrene v zdravstvu pa jih še vseeno pogosto uporabljajo. Odkritje te mutacije predstavlja revolucijo v zdravstvu in verjamem, da bo kmalu vodilo do odkritja učinkovitega zdravila proti migrenam.
Ana Dolinar: Univerzalna kri – prihodnost transfuzijske medicine?
α-galaktozidaza (AGAL_HUMAN) je glikozil-hidrolazni encim. Spada v GH27-D (klan D, 27. družina) in ima aktivno mesto v obliki (β/α)8 sodčka. Encim zapisuje gen GLA, ki se nahaja na kromosomu X.
Ideja o univerzalni krvi, ki bi bila primerna za transfuzijo, ne glede na krvno skupino pacienta, je med znanstveniki prisotna že približno trideset let. Razvili so tri metode za pretvorbo različnih antigenov v antigen 0 (po sistemu AB0), ki je primeren za transfuzijo v vse krvne skupine.
- Encimska razgradnja antigenov A in B do antigena 0. Za antigene A so uporabili α-N-acetilgalaktozaminidazo, vendar so antigeni preveč kompleksni in metoda ni bila uspešna. Pri antigenih B so dosegli popolno pretvorbo v antigen 0 z uporabo α-galaktozidaze iz bakterije Streptomyces griseoplanus.
- Prekrivanje površine eritrocitov z maleimidofenil-polietilen-glikolom (Mal-Phe-PEG). Prekrije vse antigene, ne samo A ali B, vendar metoda ni uspešna, ker polietilen-glikol povzroča imunski odziv.
- Pridobivanje univerzalnih rdečih krvnih celic iz pluripotentnih matičnih celic. Uspeli so pridobiti zrele eritrocite, ki so popolnoma funkcionalni.
Uporaba univerzalne krvi bi zmanjšala ali celo izničila imunski odziv ob transfuziji, prav tako ne bi bilo možnosti za transfuzijo napačne krvne skupne zaradi človeške napake. Metode trenutno niso dovolj izpopolnjene, da bi bilo možno pričakovati njeno uporabo v bližnji prihodnosti.
Maša Mohar: Moški ali ženska to je sedaj vprašanje?(SRY - faktor za določitev spola)
SRY gen kodira Sry protein ki je član družine Sox (Sry related HMG box) transkripcijskih faktorjev. Poznamo jih okoli 20 pri človeku in miškah ter še mnogo drugih. Sox proteini imajo zelo različne vloge v embriogenezi in pri razvoju mnogih drugih organov. Tipično delujejo tako kot nekakšna stikala v diferenciaciji celic- sprožijo razvoj določenih celic. Sry je prav tako kot ostali člani te družine karakteriziran po HMG( high mobility group). HMG je drugače skupina specifičnih transkripcijskih faktorjev, ki imajo ~ 80 AK dolge strukturalno podobne domene za vezavo na DNA. Te domene oz. domena če je samo ena se veže na zaporedje (A/T)ACAA(T/A) v majhni žleb DNA. S tem ustvari zvitje DNA za približno 60- 85 stopinj. S tem ko se DNA zvije se razkrijejo mesta za izražanje drugih genov, recimo Sox9, ki kodira Sox9 protein ki pomaga pri diferenciaciji Sertoli celic in tako pri oblikovanju testisov, s tem pa determinira moški spol. Ugotovili smo tudi da obstaja veliko genskih bolezni povezanih s Sry genom in da lahko obstaja tudi ženska z XY spolnima kromosomoma, ker se pri njej zaradi mutacij Sry protein ne izrazi, prav tako pa obstajajo tudi moški z XX spolnima koromosomoma, kjer se enem od X kromosomov lahko izrazi SRY gen ob nepravilnostih pri očetovem delu zapisa. V bistvu sem prišla do zaključka da je zelo tanka meja med moškim in ženskim oblikovanjem spola, ena majhna mutacija oz. ena majhna razlika lahko privede do nastanka ženske ali moškega.
Urška Rauter: A Green Glow: zgradba in funkcija encima luciferaze
Luciferaza je encim odvisen od ATP in magnezijevih ionov. Proces bioluminiscence se začne z vezavo na substrat luciferin, tvori se adenilatni intermediat in ob prisotnosti molekularnega kisika izhaja svetloba. Luciferaza je zgrajena iz dveh ločenih domen, večja se nahaja na N-koncu in manjša na C-koncu molekule, večja domena pa ima tudi svoje poddomene. Domeni sta med seboj ločeni z razpoko, kjer naj bi se po domnevanjih nahajalo tudi aktivno mesto encima. Luciferaza predstavlja tudi nov način mehanizma tvorbe adenilatnega intermediata med encimi in ponuja razlago za marsikatero metabolično pot. Velika dilema, ki me med znanstveniki ostaja pa je razlika v barvi svetlobe, ki jo proces oksidacije luciferina emitira. Najverjetneje je za to odločilna keto tavtomerna oblika oksiluciferina in tudi resnonančna stabilizacija njegovega fenolatnega aniona, čeprav so znanstveniki odkrili tudi veliko drugih možnih vzrokov za različne barve (različne aminokisline, polarnost okolja, pH, ...). Luciferaza se veliko uporablja v medicini, kjer služi kot marker molekul v telesu in tako pripomore k boljšem razumevanju različnih bolezni in infekcij, kot tudi sami strukturi celic in njenih organelov.
Mirjam Kmetič: Mint condition (limonen-3-hidroksilaza in limonen-6-hidroksilaza)
Klasasta meta vsebuje encim limonen-6-hidroksilazo, ki sodeluje pri pridobivanju karvona. Poprova meta pa vsebuje limonen-3-hidroksilazo, ki je udeležena pri proizvodnji mentola. Obe hidroksilazi pripadata družini citokromov P450, njeni predstavniki pomembno sodelujejo pri proizvajanju različnih oksidiranih monoterpenov, ki so vir arom eteričnih olj. Karvon in mentol sta končna produkta hidroksilacije limonena. Ta encima sta si zelo podobna in njuni vezavni mesti za substrat sta zelo omejeni. Velja pravilo, da za spremembo aktivnosti v družini citokromov P450 potrebujemo določeno število mutacij, vendar je za modifikacijo vezavne aktivnosti limonenovih hidroksilaz potrebna samo ena. Ta fenilalanin v izolevcin mutacija povzroči, da se limonen-6-hidroksilaza spremeni v limonen-3-hidroksilazo! Mutiran encim je tako sposoben sinteze mentola tako kot encim v poprovi meti! Taka mutacija kaže, da sta prav ti dve aminokislini ne le nujni, temveč tudi prav zagotovo vpleteni pri orientaciji limonena v aktivnem mestu tako, da se ta hidroksilizira na ali C3 ali C6 poziciji. Posamične mutacije, ki lahko drastično spremenijo funkcijo proteina, so znanstveno zanimive. Nakazujejo ne le na zelo specifične manjše regije v sekvenici proteina, temveč so tudi ključne za razumevanje področij, kot so vezava in orientacija substrata, funkcija encima, metabolična pot in struktura vezavnega mesta.
Sandi Botonjić: Kokain esteraza
Znanstveniki so v rizosferi kokinih plantaž (Erythroxylum coca) našli sev MB1, gram pozitivne bakterije Rhodococcus sp.. Tej bakteriji kokain predstavlja glavni vir ogljika in dušika in zato so znanstveniki izolirali osrednji encim njenega metabolizma tj. kokain esterazo (v nadaljevanju cocE). Encim je sestavljen iz treh domen: DOM1, ki vsebuje nabor kanoničnih α-vijačnic in β-ploskev; DOM2 - domena le z α-vijačnicami; in DOM3 je roladi podobna struktura z β-ploskvami. CocE je serinska esteraza, katere aktivno mesto se nahaja na stičišču vseh treh domen. Ta hidrolizira kokain na ekgonil metil ester in benzojsko kislino, ki nimata psihoaktivnih učinkov. CocE je pravi Ferrari v primerjavi z drugimi esterazami, saj lahko razgradi enako količino kokaina 1000 krat hitreje. Tako lahko postane neprecenljiva pri nujnih intervencijah v primeru prevelikega odmerka, saj bi intravenozni vbrizg cocE močno zmanjšal razpolovni čas kokaina. CocE je predmet številnih raziskav, v katerih znanstveniki proučujejo njeno termostabilnost in njenih mutiranih oblik, saj njen razpolovni čas pri fiziološki temperaturi traja le nekaj minut. Znanstveniki pa na podlagi ugotovitev iz raziskav cocE razvijajo tudi učinkovita protitelesa z vsaj podobnimi katalitičnimi parametri, ki bi brez imunskega odziva odlično delovala v bioloških sistemih.
Tjaša Flis: Parkinsonizem in Parkin protein
Parkinsonova bolezen je vse pogostejša bolezen pri starostnikih, njeni simptomi pa so tresavica, mišična otrdelost in upočasnjena motorika. Vzrok se skriva v propadu dopamnergičnih nevronskih celic. Bolezen je lahko avtosomno dominantno dedovana, kar pomeni, da pacienti podedujejo eno normalno in eno mutirano kopijo gena. Slednja prevladuje in se deduje naprej. Pri Parkinsonovi bolezni se mutacija zgodi v Park2 genu, ki kodira Parkin protein ali E3 ubikvitin ligazo. Parkin na poškodovane ali na preveč izražene proteine pripne ubikvitin (označevalni protein), ki jih nato usmeri v proteasom, to je velik razgradni kompleks v celicah. Če mutacija poškoduje Parkin, je pot razgradnje onemogočena, to pa pomeni, da se v celici akumulirajo odvečni proteini. Tvorijo se Lewy-eva telesca polna teh proteinov, ki nadomestijo celične organele v nevronskih celicah, kar vodi do prenehanja njihovega delovanja. Ker pa ima Parkin več kot samo en substrat ki ga ubikvitinira, je točen mehanizem bolezni še dandanes uganka. Eden izmed najbolj poznanih substratov je transmembranski protein Pael-R. Zvitje tega proteina poteka ob prisotnosti šaperonov. Prevelika koncentracija tega receptorja lahko izzove stres v endoplazmatskem retikulumu situiranem v nevronskih celicah. V primeru da je Parkin neaktiven, Pael-R povzroči celično smrt. Vendar to je le ena izmed možnih rešitev, substratov je namreč vsaj še dvajset, raziskave pa se nadaljujejo.
Matja Zalar: Vloga SRK in SCR proteinov pri preprečevanju incestnega razmnoževanja cvetočih rastlin
Rastline so za zaščito pred samooplojevanjem razvile več vrst mehanizmov prepoznavanja lastnega peloda na molekularni ravni. Pri cvetočih rastlinah je najpogostejši mehanizem tipa SSI ali sporofitične lastne inkompatibilnosti. Pri družini Brassicaceae je za aktivacijo SSI ključna interakcija med transmembranskim proteinom SRK, ki predstavlja žensko determinanto odziva, in njenim ligandom - proteinom SCR, drugače imenovanim tudi moška determinanta odziva na lastno inkompatibilnost. Specifičnost vezave je zagotovljena s polimorfizmom alel obeh determinant. V posameznih vrstah je možno najti tudi do 100 različnih S-haplotipov genov za determinanti. Vezava liganda na receptor bo uspešna le, če oba izhajata iz istega S-haplotipa. Vezava SCR na zunajcelično, N-glikolizirano domeno SRK povzroči nastanek kompleksa treh proteinov, ki s svojo aktivnostjo sproži kaksado reakcij, kar v končni fazi pripelje do preprečitve samooploditve. Na neugodne življenske pogoje, ki so onemogočali medsebojno opraševanje, so se nekatere rastline prilagodile s favorizacijo samooplojevanja. Pri njih so mutacije S-lokusa, ki nosi zapis za SRK in SCR, povzročile nepravilno delovanje SI ali njegovo popolno odpoved. To pa seveda vodi v neprepoznavanje lastnega peloda in rastlina se samooprašuje. Najbolj znan primer take rastline je Arabidopsis thaliana, ki se zaradi svojih specifičnih lastnosti uporablja kot modelni organizem v številnih študijah lastne inkompatibilnosti.
Matevž Ambrožič: BSX protein in debelost
Za primeren občutek sitosti ali lakote glede na stanje energetskih zalog v telesu in odgovarjajoč vnos hrane ter porabo energije je odgovorna zapletena pot sporočanja. Začne se s tremi hormoni: inzulin, leptin in grelin. Leptin in inzulin se sprostita, ko so maščobne in hidratne zaloge v telesu polne in morata do možganov prenesti signal za prenehanje hranjenja, grelin pa ravno nasprotno. Vsi po krvi potujejo do hipotalamusa, predela možganov, ki je odgovoren za energijsko ravnovesje. V hipotalamusu sta dva tipa živčnih celic: oreksigene in anoreksigene. Prve sproščajo NPY in AgRP, nevropeptida, ki spodbujata hranjenje in zmanjšata porabo energije, druge pa α-MSH in CART, katerih učinek je nasproten. Našteti nevropeptidi se iz nevronov sprostijo po vezavi ustreznega izmed treh hormonov in prenesejo signal naprej, do končne spremembe v vnosu ali porabi energije. Glavni protein seminarja, BSX (brain specific homeobox) protein je transkripcijski faktor, ki spodbudi ekspresijo genov za AgRP in NPY, hkrati pa je odgovoren za premik organizma v iskanju hrane. Če v opisanem sistemu pride do napake, so pojavi nepotreben občutek lakote, kar je vzrok mnogih primerov debelosti. V boju z bolezensko debelostjo so ključne raziskave na BSX proteinu, saj je osrednji člen poti, ki v možgane prenese (včasih lažen) občutek lakote.
Kaja Javoršek: A grey matter
Mikrocefalin je protein, ki ga kodira enakoimenski gen. Mikrocefalin naj bi kontroliral poliferacijo in diferenciacijo nevroblastov med nevrogenezo. Odkritje, da je mikrocefalin odločilen regulator velikosti možganov, je sprožilo hipotezo, da je igral vlogo v evoluciji možganov. Razen v možganih najdemo mikrocefalin tudi v ledvicah, srcu, pljučih, vranici in skeletnih mišicah. Vendar pomen mikrocefalina v teh organih še ni znan. Mutacije na genu mikrocefalina vodijo do nastanka mikrocefalije. To je bolezen razvoja živčnega sistema in je definirana kot resno zmanjšana velikost možganov. Pri odraslih je normalen volumen možganov od 1200 cm3 do 1600 cm3, pri odraslih s primarno mikocefalijo pa okoli 400 cm3 . Poleg mirocefalina pa povzročajo mikrocefalijo še mutacije petih genih (ASPM, MCPH2, CDK5RAP2, MCPH4, CENPJ) Mikrocefalin ima tri BRCT domene na C – koncu. BRCT domene so prisotne v veliko ključnih proteinih, ki kontrolirajo delitev celice. Zato predvidevajo da mikrocefalija nastane, ker je ovirana normalna regulacija delitve celic v možganih. Ugotovili so, da je protein mikrocefalin dol 835 aminokislin. Zaradi mutacije na genu mikrocefalina se ta protein skrajša na 25 aminokislin. Znanstveniki so izvedli raziskavo ali gena mikrocefalin in ASPM vplivata na inteligenco. Na podlagi treh raziskav so zaključili, da inteligenca ni povezana z dominantnimi aleli ASPM – ja ali mikrocefalina.
Rok Vene: A mind astray
Alzheimerjeva bolezen postaja vedno bolj aktualna tematika. Trenutno je na svetu več kot 26 milijonov ljudi s to obliko demence. Zaradi daljše življenjske dobe pa pričakujemo, da bo število obolelih samo še naraščalo. Alzheimerjeva bolezen prizadene centralni živčni sistem, v možganih se nalagajo snovi, ki povzročijo propad živčnih celic. Ena izmed snovi, ki se nalagajo v možganih so nefunkcionalni Tau proteini. Tau proteini sodijo v družino proteinov imenovanih microtubule-associated proteins (MAP), njihova naloga pa je je stabilizacija mikrotubulov. To dosežejo tako, da se na mikrotubule vežejo. Poleg tega predvidevajo, da imajo Tau proteini še eno nalogo. Sodelovali naj bi v kompleksu za uravnavanje vzdražnosti živčnih celic. Nefunkcionalnost Tau proteinov povezujejo z različnimi boleznimi, ki jih poznamo pod skupnim imenom tauopatije. V primeru Alzheimerjeve bolezni je Tau protein nefunkcionalen, zato ker je hiperfosforiliran, kar mu onemogoča vezavo na mikrotubule. Tau proteini zato tvorijo netopne agregate – nevrofibrilarne pentlje, ki najbrž povzročijo odmiranje živčnih celic. Pri iskanju učinkovin proti hiperfosforilaciji in agregaciji Tau proteina, so znanstveniki raziskali protein FKBP52. Ta protein ima več funkcij. Osredotočili so se predvsem na njegove šaperonske lastnosti. Ugotovili so, da se FKBP52 veže na hiperfosforiliran Tau protein, in tako prepreči agregacijo Tau proteina, ki je odgovorna za odmiranje nevronov.
Ines Šterbal: LTP1
Protein LTP1, izoliran iz ječmenovega zrna, spada v družino lipidnih prenašalnih proteinov (lipid transfer protein –LTP). Je dobro topen protein, ki se nahaja v alevronski plasti ječmenovega semena. Sestavljen je iz štirih heliksov, ki so povezani z disulfidnimi mostički. Ima dobro definiran C-terminalni konec. V razmerah in vivo je globularni protein, s stožčastim hidrofobnim jedrom, ki se razteza od enega konca molekule do drugega. Sposoben je vezati različne lipide, kot so maščobne kisline ali acetil-koencim A. LTP1 proteini so na površini aktivni proteini, so stabilni, denaturirajo šele okrog 100 °C. Vloga LTP1 proteina in vivo še ni znana. In vitro je glavni protein pri penjenju piva. Opravlja pa še številne druge funkcije, odvisno od tega, kateri ligand ima vezan. LTP1 proteini so verjetno vključeni v prenos lipidov preko membrane in celo v nastanek membrane, lahko bi imeli vlogo v transportu monomera Cutin, vlogo naj bi igrali tudi v obrambnem mehanizmu rastlin. Lipidi, ki so vezani na LTP1 bi naj imeli antibakterijsko aktivnost za bakterije in glive. Vsi podatki kažejo, da so povezave med sladkorji in proteini, ki nastanejo kot produkt Milardove reakcije, prvi korak do nastanka pivovske pene. Kaže, da je kontrola glikacije LTP1 proteinov med slajenjem in varjenjem piva, nujna za optimalno penjenje piva.
Mitja Crček: DSIP in spanje
Pred 2000 leti so ljudje verjeli, da postanemo zaspani zaradi nekakšnih želodčnih hlapov, ki gredo v možgane, se tam kondenzirajo, zamašijo pore in posledično povzročajo zaspanost. Kasneje so seveda ugotovili da temu ni tako, leta 1977 pa so odkrili majhne peptide, ki naj bi nas uspavali in jih poimenovali Delta Sleep-Inducing peptide (DSIP). DSIP je majhen peptid, sestavljen iz devetih aminokislinskih ostankov in maso 850 daltonov, prvič pa so ga odkrili pri zajcih. Sodeloval naj bi tako pri endokrini regulaciji kot pri fizioloških procesih (poveča učinkovitost oksidativne fosforilacije), pomembno vlogo pa naj bi imel tudi v medicini in pri zdravljenju bolezni. Ker naj bi podaljševal REM fazo, bi ga lahko uporabljali tudi kot dodatek pri zdravljenju alkoholizma ali ga dodajali antidepresivom in pomirjevalom, ki skrajšujejo REM fazo. Raziskave so spremljale tudi vpliv DSIP-ja na nespečnost. Ugotovili so, da DSIP rahlo povečuje kvaliteto spanja in skrajšuje latenco uspavanja, na trajanje budnosti in druge parametre pa ne vpliva, zato so si strokovnjaki enotni, da ima DSIP le rahle terapevtske učinke na nespečnost. Delovanje peptida pa še vedno ni povsem razjasnjeno in le želimo si lahko, da bodo novejše raziskave prinesle nove informacije, saj ima DSIP vsekakor velik potencial v medicini.
Dominik Kert: FOXP2, govoreči protein
Ljudje in živali se razlikujejo. Za znanstvenike 19. stoletja je bilo zelo fascinantno to, da mi lahko govorimo, se sporazumevamo in pomnimo besede, medtem ko živali ne morejo. Ko se je pojavila družina KE na koncu 90. let prejšnjega stoletja, so znanstveniki ugotovili, da obstaja gen, ki kodira FOXP2. Družina KE je slovi po tem, da ima polovica njenih članov težave z govorom. Tako so ugotovili, da se mutacija prenaša avtosomno in dominantno. In verjetno na to vpliva mutacija FOXP2, FOXP2 protein pa je po vsej verjetnosti odločilen faktor pri govoru. FOXP2 protein je sestavljen iz 715 aminokislin in spada med družino transkripcijskih faktorjev, ki se imenuje FOX (zaradi 'forkhead box' domene). Zanimivo je, da se ta gen razlikuje od gena opic (šimpanz, gorila, makaki) le za dve in od miši le za tri aminokisline. To se znanstvenikom zdi zelo zanimivo, ker je verjetno zaradi teh dve sprememb v aminokislinskem zaporedju prišlo do sprememb pri sporazumevanju. Zaradi teh dejstev so se naprej usmerili na to, ali je bil gen res pod vplivom naravne selekcije in ugotovili so, da je bil res. FOXP2 na te spremembe vpliva v možganih, je pa prisoten tudi v pljučih, drobovju in srcu. Vendar njegova funkcija tam še ni znana.
Petra Malavašič: Ureaza bakterije Helicobacter pylori
Bakterija Helicobacter pylori spada med patogene mikrobe. Znanstvenika Warren in Marshall sta leta 1987 odkrila to bakterijo ter ugotovila, da je s to bakterijo povezana razjeda na želodcu. Leta 2005 sta prejela Nobelovo nagrado. Že vsak drugi človek je okužen s to bakterijo. Naseljena je na želodčni sluznici in povzroča kronično vnetje želodčne sluznice. Bakterija se lahko naseli in se razmnožuje v prisotnosti želodčne kisline, kjer je pH okoli 2. Posebni obrambni mehanizmi omogočajo bakteriji, da lahko preživi v kislem okolju. Encim ureaza je pri tem najpomembnejši. Ureaza je encim, ki katalizira hidrolizo uree, pri čemer nastane amoniak, ki se v končni fazi veže z molekulami vode v amonijev hidroksid, ki poveča pH v neposredni okolici bakterije. Encim ureaza se nahaja v citoplazmi bakterijske celice in na njeni površini. Sam encim je zgrajen zelo kompleksno in omogoča bakteriji preživetje. Posebna kompleksna zgradba encima onemogoči, da bi kislina želodčnega soka denaturirala encim. Encim sestavljata dva kompleksa (αβ) štirih prostorsko razporejenih (αβ)3 enot.
Matevž Merljak: CEM15, VIF in infektivnost retrovirusov
Ena izmed komponent obrambnega mehanizma pred retrovirusi v nekaterih človeških celicah je citidinska deaminaza CEM15 (APOBEC3G). V celicah, ki jo izražajo, se retrovirusi brez posebnega proteina (VIF, “viral infectivity factor”) ne morejo uspešno množiti, zato takim celicam pravimo “nepermisivne” celice.
CEM15 deluje tako, da med procesom reverzne transkripcije v novonastali “minus” DNA verigi številne citidinske baze pretvori v uridinske, ter s tem povzroči tako zmanjšano obstojnost z uracilom bogate DNA verige, kot tudi zamenjave gvanozinskih baz z adenozinskimi v kodirajoči (“plus”) verigi DNA. Čeprav takšna hipermutacija za nadaljno infektivnost virusa ni vedno usodna (torej lahko tako mutirana DNA v nekaterih primerih še vedno tvori funkcionalne viruse), je običajno dovolj obsežna, da onemogoči uspešno reprodukcijo virusa.
Raziskave kažejo, da CEM15 ne napade nastajajoče DNA kot lasten celični odgovor na infekcijo, pač pa se med izgradnjo novih virusov vgradi v le-te ter po infekciji nove celice povzroči omenjene spremembe v nastajajoči DNA verigi.
Že omenjen faktor VIF izhaja iz virusa HIV-1, ki primarno napada sicer nepermisivne limfocite T. Naloga VIF je preprečitev vgradnje CEM15 v nastajajoče viruse, to pa doseže tako z oteževanjem njene translacije, kot tudi z indukcijo razgradnje CEM15 v proteasomu.
Eva Knapič: TSH3 - Kaj novorojenčkom omogoča zadihati?
Kaj novorojenčkom omogoča zadihati? Raziskave so pokazale, da ima eno izmed vodilnih vlog pri začetku dihanja protein teashirt homolog 3 (TSH3). To je protein, ki ga uvrščamo med transkripcijske faktorje. Po strukturi spada v družino cinkovih prstov, kjer so sekundarne strukture koordinirane s cinkovim ionom. TSH3 ima pet tako urejenih struktur in vse spadajo v Cys2His2 skupino – cinkov ion koordinira dva cisteinska in dva histidinska ostanka ßßα podenote. Organizem brez zapisa za teashirt 3 protein se v času embrionalnega razvoja navidezno ne razlikuje od organizmov, ki ta zapis imajo. Vendar so podrobnejše raziskave pokazale, da se brez prisotnosti proteina teashirt 3 dokončno ne oblikujejo pljučni mešički, ki so funkcionalna enota pljuč, saj tam poteka izmenjava plinov. Odsotnost proteina povzroča povečano apoptozo nevronov motoričnega jedra v možganskem deblu, s tem so proteinu pripisali zmožnost inhibicije apoptoze nevronov. Prav tako so nezmožnost odziva organizma na pH spremembe okolja pripisali pomanjkanju proteina TSH3. Iz vseh teh pomanjkljivostih, ki jih povzroča TSH3 so raziskovalci prišli do zaključka, da novorojenček brez zapisa za protein ni zmožen zadihati, ker ni sposoben odziva na spremembo okolja, predvsem pH in tako ne more vzdrževati homeostaze, ki je potreba na preživetje.
Tjaša Goričan: Vpliv Nogo proteina na regeneracijo živčnega sistema
Nevroni vsebujejo mielin, ki je sestavni del mielinske ovojnice aksona in ima nalogo zagotavljanja stalnega prenosa električnih signalov. Poleg tega pa mu je dodeljena tudi nenavadna lastnost. Vsebuje namreč proteine Nogo-A, ki delujejo kot inhibirotji za rast poškodovanih aksonov. Posledično se diferencirani nevroni niso sposobni deliti. Problem se pojavi pri poškodbi živčnega sistema, saj se ni sposoben regenerirati. Bolezni, ki so povezane s poškodbami živčevja so: Poškodbe hrbtenjače, Alzheimerjeva bolezen, možganska kap, shizofrenija itd.
Nogo-A protein spada v družino proteinov retikulonov in je ena od oblik Nogo proteinov. Je transmembranski protein, ki se z domeno Nogo-66 uspešno veže na receptor in povzroči razgradnjo mikrotubulov v aksonu, kar privede do preureditve citoskeleta in posledično zaustavitve rasti aksona. Največ Nogo-A se nahaja na oligodendrocitih. Oligodendrociti so celice, ki spadajo med nevroglio in tvorijo mielinski ovoj nevronov v centralnem živčnem sistemu. Veliko več ga najdemo v centralnem živčnem sistemu v primerjavi s perifernim.
Čeprav je še veliko neznanega na področju živčnega sistema, je znanost že dosegla uspehe glede boja proti boleznimi, povezanimi z regeneracijo živčnega sistema. S protitelesi se da inhibirati protein Nogo-A in s tem preprečiti inhibicijo rasti poškodovanih nevronov.
Marko Radojković: Fluorescentni proteini in njihova uporaba v živčnem sistemu
Fluorescentni proteini so členi družine homologih proteinov, ki se delijo skupno lastnost da svetlijo zaradi formiranja kromoforma znotraj lastnega polipeptidnega zaporedja. Prvi odkrit takšen protein je bil zeleni fluorescentni protein ali GFP. Od tedaj do danes so kreirani različni mutanti, ki žarijo skoraj vse barve človeškega vidnega spektra. Izkazalo se je da so zelo uporabni v mnogih bioloških disciplinah, predvsem pa so popularni v spremljanju dinamike proteinov, genske ekspresije, in tudi posledično na viši ravni, dinamike organelov ter gibanja celic znotraj tkiva.
Ne tako dolgo nazaj, je tim znanstvenikov uspel skombinirati različne barvne variante GFP-ja s sofisticiranim Cre/Lox sistemom genske rekombinacije in tako omogočil njihovo izražanje v samih možganih. Tale tehnika omogoča da se vsaki posamezni nevron obarva drugače in tako loči od sosednjih, kar omogoča detajlno analizo živčnega vezja. Brainbow strategija, kakor so jo poimenovali, daje upanje znanstvenikom da z ustvarjanem celotnega zemljevida možganov, lahko izpeljejo pomembne informacije o nevronskih povezavah in njihov nadaljni vpliv na vedenje in delovanje organizma.
Tamara Marić: MikroRNA
MikroRNA je mala molekula, ki je prepisana z DNA na tak način kot mRNA. Zapis za miRNA se lahko nahaja v intronskih regijah, kodirajočih ali nekodirajočih genov. Osnovna funkcija je utišanje genov na nivoju sinteze proteinov. Da pa lahko opravi svojo nalogo mora dozoreti. Biogeneza miRNA se začne v samem jedru, kjer se 1000 nukleotidov dolg transkript s pomočjo encimskega kompleksa (Drosha-DGCR8)skrajša na 60-70 nukleotidov dolg pre-miRNA.Z eksportinom-5 se prenese iz jedra v citoplazmo do naslednjega kompleksa. Dicer veže pre-miRNA in jo skrajša na 22 nukleotidov. Nastane miRNA dupleks. Ena izmed verig prevzame vodilno funkcijo in se vmesti v kompleks istega encima v povezavi z drugimi proteini. Kompleks pripelje do komplamentarne verige mRNA in povzroči translacijsko represijo. Znanstveniki se ukvarjajo predvsem z vprašanjem,kako se miRNA izraža v številnih boleznih. Natančneje sem si pogledala proces resorpcije in obnove kosti in kako miRNA vpliva na regulacijo teh dveh procesov.
Maja Remškar: Okulokutani albinizem tipa II in P protein
Melanin je pigment, ki je nujno potreben za zaščito kože pred pripekajočim soncem ter za normalno delovanje oči. Glavna sestavina za njegovo sintezo je aminokislina tirozin, ki je osnova evmelanina (črni pigment), ob dodatku cisteina pa dobimo še feomelanin (rdeče-rumen). Za običajno delovanje biosinteze melanina je potrebno kislo okolje v melanosomih, kjer se sinteza izvaja. Za vzdrževanje kislosti sta potrebna dva proteina – anionski kanalček in ATP črpalka. Anioni tu delujejo kot vaba za protone, kjučne za kisel pH. P protein naj bi deloval kot anionski transporter. Torej v njegovi odsotnosti v melanosom ne morejo dostopati anioni in posledično se v celico ne prečrpavajo protoni, kar pomeni da ni kislega pH ugodnega za sintezo melanina. Okulokutani albinizem tipa II ali OCA2 nastane zaradi pomanjkanja količine melanina v očeh, koži in laseh. Za kožo to pomeni večjo občutljivost na UV žarke in povečano možnost za kožnega raka. Zaradi nepigmentiranih optičnih vlaken pa se pojavijo še težave z očmi, kot so škiljenje, fotofobija, nistagmus, degeneracija rumene pege, pride pa tudi do izgube biokularnega vida. OCA2 je dedna bolezen, ki se deduje recesivno. Človek le z enim okvarjenim alelom je torej prenašalec gena. Ugotovili so, da OCA2 povzroča mutacija gena P, in sicer najpogostejša je delecija 7 eksona.
Ana Remžgar: Bacillus subtilis
Bacillus subtilis je grampozitivna paličasta bakterija. Ko ima v okolju dovolj hranil, se simetrično deli in vegetativno raste. Ko pa v okolju začne hranil primanjkovati, B. subtilis uvede različne mehanizme, da lahko preživi. Del populacije postane kompetenten in sprejme tujo DNA. Del populacije pa s pomočjo zapletenega sistema aktivacije proteina Spo0A vstopi v proces sporulacije. Sporulacija je počasen in energijsko potraten postopek, ki traja v idelanih razmerah vsaj 7 ur. Na koncu nastane spora, ki lahko preživi tudi več desetletji v neugodnih življenjskih razmerah. Ko celica vstopi v cikel sporulacije, začne v okolje izločati razne toksične snovi, med njimi sta najbolj učinkovita Skf in Sdp. Ko celica izloči ti dva proteina v okolje, ubije sosednje bakterijske celice Bacillis subtilisa. Zaradi njunih lasnosti, ta dva proteina pogosto zato imenujemo kanibalistična faktorja. Vendar mora celica paziti, da pri tem ne ubije še sebe. Pri tem ji pomaga medmembranski protein SdpI. Bakterija Bacillus subtilis si tako s kanibalizmom pomaga, da celice ki vstopajo v sporulacijo dobijo dovolj hranil za dokončanje spore.
Tina Gregorič: Grelin - hormon lakote
Občutek lakote je odvisen od številnih dejavnikov, med katere spadajo telesna sestava in teža, vrsta hrane, ki jo vsak dan uživamo, količina spanja in psihološki dejavniki. Večina ljudi postane lačnih, ko je čas za obrok: zajtrk, kosilo, malica, večerja. Znanstveniki so leta 1999 odkrili hormon, ki sodeluje pri nastanku lakote in poveča apetit. Imenuje se grelin, ki je poznan tudi pod imenom hormon lakote. Gen, ki kodira transkripcijo grelina, je sestavljen iz 117 aminokislin in se ob aktivaciji razcepi na 5 manjših podenot, med katerimi sta najpomembnejša grelin in obestatin. Grelin je sprva neaktiven hormon, sestavljen iz 28 aminokislin. Po esterifikaciji na serinu (Ser3) postane aktiven. Sprosti se v kri in po krvi potuje do hipofize v možganih, kjer se nahajajo grelinski receptorji, imenovani GHRS-1a receptorji. Natančna vezava grelina na receptor zaenkrat še ni znana. Grelin ni edini hormon, ki vpliva na to, kdaj nas bo zajela želja po hranjenju in kdaj nas bo minila. V telesu imamo več kot 40 snovi, ki spodbujajo in zavirajo občutek lakote. Odkritje grelina in raziskovanje njegove vloge v človeškem metabolizmu je odprlo vrata številnim raziskavam in študijam na področju debelosti in motenj, ki so povezane s prehranjevanjem. Hormon grelin je povezan z različnimi obolenji kot so anoreksija, kahesija, SW sindrom in na koncu tudi prekomerna telesna teža, vendar se njegova funkcija od bolezni do bolezni spreminja.
Andreja Bratovš: Bolečina in njen receptor - TRPA1
Ko začutimo bolečino, je to ponavadi znak, da lahko pride ali pa je že prišlo do poškodbe na ali v našem telesu – opozorilo za nas, naj ukrepamo. V zaznavanje bolečine je vpletenih veliko zapletenih mehanizmov, eno zanimivejših odkritij pa je gotovo receptor TRPA1. TRPA1 je receptorski ionski kanalček, prepusten za različne katione. Aktivirajo ga različni dražljaji: nizka temperatura, oksidativni stres in različne dražilne snovi. Med kemijskimi aktivatorji so zanimivi predvsem: alil izotiocianat (snov, ki daje pekoč okus gorčici, hrenu in wasabiju), alicin (spojina iz česna) ter akrolein (sestavina solzivca). Zanimivo je, da aktivacija TRPA1 poteka preko kovalentne vezave liganda na receptor. TRPA1 se nahaja v nociceptorjih – to so prosti živčni končiči, ki zaznavajo bolečino – njegova funkcija pa je zaznavanje bolečine, ki jo povzročijo prej navedeni dražljaji. Udeležen je tudi pri občutenju bolečine pri vnetju tkiva, kjer deluje v povezavi z bradikininom – mediatorjem vnetja. TRPA1 in tudi drugi TRP kanalčki so zanimive tarče za nove vrste analgetikov. Cilj novih zdravil je delovanje le na začetek poti prenosa bolečine in ne centralno na ves živčni sistem, kot je značilno za dosedanja zdravila proti bolečinam. Tako delovanje bi namreč zmanjšalo stranske učinke pri jemanju analgetikov, kot so na primer omotičnost in zaspanost.
Prva asociacija ob besedi bolečina pri nobenem ob nas ni pozitivna. Toda če malo bolj razmislimo, kaj bi bilo brez nje, kmalu pridemo do spoznanj, ki so v nasprotju z prvo asociacijo. Bolečina ima več prednosti kot slabosti v našem življenju, je namreč izjemnega pomena za naše preživetje. Obstajajo ljudje, ki jim je pred tem globalno negativnim občutkom prizanešeno. Bolj konkretno, gre za točkovno "nonsense" mutacijo na genu SCN9A, ki povzroči nepravilno izražanje alfa podenote tipa 9 Nav1.7 proteina. Ta podenota je ključna komponenta, ki skupaj z beta podenotami sestavlja natrijev kanalček Nav1.7. Slednji je v večji količini izražen v perifernem živčevju in igra pomembno vlogo pri čutenju bolečine. Za boljše poznavanje Nav1.7 so raziskovanje začeli na miših. Uporabili so tako imenovano "knock-out" metodo, s katero izbijejo določen gen in opazujejo posledice. Če so izbili gena SCN9A na obeh alelih (homozigoti), je to rezultiralo v poginu mišk takoj po skotitvi. Pri heterozigotih, kjer je bil odstranjen samo gen na enem alelu, do pogina ni prišlo, a je bilo opaženo zmanjšeno dojemanje bolečine. Zanimivo je dejstvo, da miške ob globalnem pomanjkanju Nav1.7 takoj poginejo, ljudje pa so popolnoma normalni, če odmislimo nesposobnost čutenja bolečine. Razlago za to najdete v moji seminarski, poleg tega pa so predstavljena tudi še druge mutacije Nav1.7 pri ljudjeh, ki rezultirajo v povečani aktivnosti le tega in posledično ojačenem čutenju bolečine.
