TBK2016 Povzetki seminarjev
Ana Obaha: Vloga microRNA pri razvoju osteosarkoma in glioblastoma
Namen raziskave je odkriti razlike med biološkimi procesi normalnih in rakastih celic. Ta je sicer osredotočena na osteosrakom in glioblastom, zelo agresivni obliki raka, vendar aplicira tudi na ostale tipe te bolezni. Pomembna faza tumotjev je mirujoča faza oziroma asimptomatična faza, ki lahko traja tudi več let. Ker abnormalnih celic še ne znamo spremeniti v normalne, znanstveniki skušajo iznajti način za njihovo obvladovanje in ohranjanje teh v fazi mirovanja. Ključno vlogo pri tem imajo kratke molekule RNA imenovane microRNA (miRNA). Le-te regulirajo potranskripcijsko sintezo beljakovin. Poznamo več kot 1000 takih molekul, vendar kot najpomembnejšo raziskovalci spoznajo molekulo miRNA-190. Povečana koncentracija te molekule v rakastih celicah ohranja tumor v stanju mirovanja, saj vpliva na nastanek transkripcijskih faktorjev in beljakovin povezanimi z njimi. To predstavlja osnovni koncept odkrivanja zdravila proti raku. Znanstveniki so na tej osnovi razvili nanozdravilo, katerega naloga je ohranjanje konstanrno visoke ravni miRNA le v rakastih celicah ne pa tudi ostalih, zdravih. Ta način zdravljenja je bil do sedaj testiran le na miših in ga čaka še dolga pot do uveljavljenega zravila, ki bi ga uporabili za učinkovito zdravljenje ljudi.
Janja Murn:Virus HSV uspešen v boju z imunskim sisitemom
Virusi, kot patogeni organizmi, predstavljajo sesalcem že milijone let veliko nevarnost. V odgovor pred njihovim vdorom je organizem razvil celično posredovano imunost, pri kateri citotoksični limfociti T odstranjujejo vse tuje antigene iz organizma. Težava pa je, da limfociti ne morejo neposredno dostopati do virusnih antigenov v celici. Tako ima pomembno vlogo pri nastanku imunskega odziva predstavljanje antigenov receptorjem limfocitov. To nalogo opravljata receptor TAP in molekule PHK I. TAP omogoča prenos antigenov v lumen endoplazemskega retikuluma. Antigeni nastajajo v citosolu v procesu proteolize. Molekule PHKI pa prenesejo antigene na membrano antigen predstavljajoče celice. Vendar so se tekom evolucije razvijali tudi virusi in nekateri so postali posebno spretni pri vdiranju v gostitelja. Virus Herpes je razvil način, pri katerem s sintezo proteina ICP47 inhibira delovanje TAP in tako onemogoča izražanje antigenov na membrani celic. V raziskavi, ki je bila objavljena pred kratkim, so znanstveniki s pomočjo krio-EM mikroskopije ugotovili, da se protein ICP47 veže na peptidna vezavna mesta v receptorju TAP in tako onemogočijo vezavo in transport peptidov. Krio-EM je tako ekipi raziskovalcev omogočila podrobno poznavanje strukture kompleksa ICP47-TAP, na čemer bi lahko v prihodnje temeljil razvoj novih zdravstvenih metod v boju z virusom Herpes simpleks.
Ela Hudovernik: Nevroni pod žarometi proteina FlicR1
Za razumevanje delovanja možganov, ki so zelo kompleksen organ, je bistvena analiza procesov v nevronih, njihove mesebojne komunikacije in interakcij. Ena izmed tehnik za preučevanje nevrološke aktivnosti, je spremljanje dogajanja v možganih z uporabo fluorescentnih proteinov. Zaenkrat so še vedno v uporabi pretežno zeleni fluorescenti proteini, s katerimi je zaradi slabše ločljivosti in počasnega delovanja procese v nevronih težje spremljati. Znanstveniki so pred kratkim sintetizirali protein, ki so ga poimenovali FlicR1, ki se od običajnih fluorescentnih proteinov razlikuje po tem, da deluje kot detektor spremeb mirovnega membranskega potenciala in obenem tudi fluorescira. Zgrajen je iz dveh domen. Domena cpRFP je odgovorna za fluorescenco (rdeča svetloba), domena CiVSD pa je napetnostno občutljiva in preko konformacijskih sprememb, do katerih pride ob spremembi električne napetosti na membrani, vzbudi domeno cpRFP, da začne fluorescirati. Sinteza proteina je potekala v več korakih. Njegovo delovanje so najprej preverili v celicah HEK. V zaključnih fazah eksperimenta so delovanje protina FlicR1 preverili tudi v nevornih, izoliranih iz mišjega hipokampusa. Izkazal se je kot zelo primeren indikator za spremljanje dogajanja možganih, saj deluje dovolj hitro in omogoča detekcijo posameznih akcijskih potenicialov. V prihodnje bo mogoče z uporabo podobno delujočih proteinov bolje spoznati delovanje možganov, kar bo pripomoglo k razvoju naprednih tehnik zdravljenja degenerativnih možganskih bolezni.
Vida Štrancar: Vloga konformacijske spremembe kinaze v procesu bakterijske kemotakse
Bakterijska kemotaksa je proces, ki obsega zaznavanje dražljaja, senzorično transdukcijo in odziv nanj, ki se kaže v obliki gibanja v smeri ali stran od koncentracijskega gradienta določene snovi. Kadar se na membranske kemoreceptorje vežejo za bakterijo ugodne molekule, se ta giblje v smeri povečane koncentracije, nasprotno pa ob vezavi strupov bakterija spremeni smer, stran od koncentracijskega gradienta strupa. Spremembo smeri gibanja omogoča vrtenje bička, ki se lahko vrti v smeri urinega kazalca in obratno. Raziskava, ki jo v seminarju obravnavam, se osredotoča na molekule, ki posredujejo informacije od membranskih kemoreceptorjev, ki zaznavajo ligande, do flagelarnih motorčkov, ki oblikujejo odziv. Bolj specifično se raziskava ukvarja z določanjem 3D strukture CheA in CheW proteinov, ki so pripeti na membranske kemoreceptorje. Protein CheA je histidinska kinaza in vrši avtofosforilacijo, ki nadalje omogoča fosforilacijo proteina CheY. Fosforilirana oblika CheY potuje skozi citoplazmo do flagelarnih motorčkov in povzroči, da se bički začnejo vrteti v nasprotni smeri urinega kazalca. Glavno odkritje raziskave razkriva podrobnejšo strukturo proteina CheA in dve konformacijski stanji domene P4 CheA proteina. Kljub odkritju ostaja nejasen mehanizem pretvorbe signala iz receptorjev na CheA kinazo, zato bodo na tem področju potrebne še dodatne raziskave.
Andrej Ivanovski: Genski spmenjeni komarji bi lahko pomagali boj proti malariji
S slisanje na termin genetestki speremenjen,alarm za opozorilo se vklucuje pri mnogih,ampak kod nevoranost ali ne, gre za tehniko ki deluje dobr na celotni svet.Inzenjeri ki so delali s komarjev podajo nam resitev za odprava na vrocino in tudi nam podajo resitev za odpravo na vecji problem,kod je malarija. Malarija je nalezljiva bolezen, ki jo povzrocajo nekatere vrste zajedavskih prazivali iz razreda trosovcec, plazmodiji (Plasmodium).Glavni prenasalci malarije so Okužene samice, komarja ki prenašajo trose plazmodija v žlezah slinavkah. Ko pičijo človeka, se trosi prenesejo v njegovo kri in se začnejo množiti v jetrih. Nastanejo merozoiti, ki vstopajo v rdeča krvna telesca (eritrocite), kjer se nadalje delijo, dokler eritrocit ne poči. Takrat bolnik dobi napad. Kako glavni prenasalci so komarji , Anopheles gambiae in inficirajo vec od 200 miljonov ljudi vsako leto in povzrocajo smrt na vec od 430,000 ljudje.
Kaja Ujčič: Imunski sistem kot spodbujevalec raka
Imunski sistem ima pomembno vlogo pri preprečevanju rakastih obolenj. Naravne celice ubijalke oziroma NK-celice imajo v telesu nalogo uničevanja rakastih celic. STAT5 je regulatorni protein, ki regulira transkripcijo določenih genov. Prisoten je lahko v neaktivni ali aktivni (fosforilirani) obliki. V rakastih celicah je neprestano v aktivni obliki, zato se nekateri geni nenormalno izražajo, kar je vzrok za nenavadne lastnosti rakastih celic. Znanstveniki torej iščejo načine zdravljenja raka z inhibicijo tega proteina. Nedavno so bili objavljeni rezultati raziskave, ki kažejo, da ima protein STAT5 pomembno vlogo tudi v NK-celicah, zato bi njegova inhibicija lahko povzročila njihovo okvaro in s tem nezmožnost uničevanja rakastih celic. V odsotnosti STAT5 je močno zmanjšana proliferacija, dozorelost in citotoksičnost NK-celic ter povečana angiogeneza. STAT5 torej deluje kot molekulsko stikalo, ki preklaplja med dvema funkcijama NK-celic – inhibicijo in promocijo tumorja. Ta odkritja silijo v dodaten razmislek o možnih posledicah zdravljenj, ki ciljajo na aktivnost STAT5, in so podlaga za nadaljne raziskave ter kažejo na nujnost razvijanja zdravil s čim bolj optimalnim učinkom.
David Dolhar: Umetna mišična tkiva s sposobnostjo samoobnove le stvar prihodnosti?
V zadnjem času je razvoj organskih polimerov doživel hiter razvoj. V seminarju sem se osredotočil na tehniko združevanja kovalentnih (C-polimerov) ter nadmolekulskih polimerov (S-polimerov), katerih sinteza in preučevanje spada v področje fizike mehke snovi. Ideja kombiniranja teh polimerov je ustvarjanje hibridnega polimera (CNC-polimera). Ta vrsta polimera po fizičnih lastnostih močno spominja na mišično vlakno, saj v nasprotju s sedaj obstoječimi kovalentnimi polimeri tvori daljše verige z bolj urejeno strukturo. V seminarju so prikazane tri oblike monomerov, ki jih lahko učinkovito povežemo v hibridne polimere, predstavljene pa so tudi značilnosti struktur, v katere se ti polimeri povezujejo. Osrednje sredstvo za vezivo tako ostajajo povezave med aromatskimi obroči kovalentnih monomerov, le da dodatni nadmolekulski monomeri dovoljujejo dodatno stabilizacijo strukture ter tako nudijo bolj ugodno termodinamsko postavitev v hibridnem polimeru v primerjavi s standardnim kovaletnim polimerom. Dobra lastnost hibridnega polimera je tudi, da lahko nadmolekulski del hibrida po želji nadomestimo z novimi enotami s procesi dialize, ekstrakcije ter rekonstitucije. Odkritja na tem področju nudijo integracijo znanja s številnimi drugimi raziskavami, npr. električne prevodnosti organskih polimerov, kar pomeni še korak bližje k ustvarjenju umetnega mišičnega tkiva.
Dominik Rebek: Vloga RQC sistema pri agregaciji proteinov
Veliko zanimanja so v zadnjih letih znanstveniki pokazali za raziskovanje povezave med velikimi proteinskimi agregati oziroma skupki, predvsem tistimi, ki nastanejo znotraj živčnih celic, in nevrodegenerativnimi boleznimi, kot sta Alzheimerjeva in Huntingtonova bolezen. Agregacija je sicer del običajnega delovanja celic, do bolezenskih stanj vodi, če pride do agregacije okvarjenih proteinov. Ekipa, ki je napisala članek, ki sem ga izbral, se je posvetila raziskovanju povezave med okvaro sistema ribosomske kontrole kakovosti in agregacijo nefunkcionalnih polipeptidnih verig. Vse se začne pri molekuli mRNA brez stop kodona. Pri translaciji takšne molekule pride do prevajanja nekodirajočih regij, zaradi česar lahko veriga zastane na ribosomu. Težavo običajno reši kontrolni sistem, ki pa v primeru okvare vpliva na agregacijo takšnih verig. Nastali agregati pa delujejo kot seme, saj se z njimi povežejo tudi delujoči proteini. To posledično vodi do zrušenja proteostatskega ravnotežja v celici. S svojim delom je ekipa utrla pot do novih vprašanj, na katera še nimamo točnih odgovorov. Ključno vprašanje, na katerega bodo poskušali odgovoriti s prihodnjimi raziskavami, je, ali nevrodegenerativne motnje temeljijo na agregaciji zastalih polipeptidov in proteostatskem neravnovesju.
Lana Vogrinec: Uporaba nefotosintetskih bakterij za pridobivanje spojin iz sončne energije
V nalogi sem se posvetila procesu umetne fotosinteze, s katero se znanstveniki iz različnih področij že več let ukvarjajo. Sistem, ki bi bil zmožen posnemati ta naravni proces, bi na učinkovit način rešil problem onesnaženja s toplogrednim plinom CO2, hkrati pa bi bilo mogoče fotosintetske produkte uporabiti za predelavo v industrijsko pomembne surovine, na primer gorivo. Osredotočila sem se na članek z naslovom Self-photosensitization of nonphotosynthetic bacteria for solar-to-chemical production - avtorjev K. K. Sakimota, A. B. Wonga in P. Yanga, objavljen v reviji Science 1. 1. 2016. V njem je opisana sestava in delovanje hibridnega sistema nefotosintetske bakterije Moorella thermoacetica in njenega biološko oborjenega delca, kadmijevega sulfida (CdS). Hibrid deluje tako, da kadmijev sulfid, ki ga je bakterija ob dodatku določenih snovi sposobna sama proizvajati, služi kot sprejemnik sončne svetlobe. Elektroni, ki se ob tem vzbudijo, vstopajo v presnovne procese bakterij, natančneje v Wood-Ljungdahlovo pot, v kateri se CO2 reducira v etanojsko kislino. Tak sistem ima veliko prednosti, saj sam proizvaja delce, potrebne za absorpcijo svetlobe in ima velik izkoristek celo v primerjavi z naravno fotosintezo. Prav tako je obetavna možnost samostojne regeneracije, saj se majhen delež produktov, ki nastanejo pri fotosintezi, shranjuje v obliki biomase. Na tak način sistem raste, se vzdržuje in reproducira izključno na podlagi sončne energije.
Aljaž Božič: Bakterije prehajajo med celicami sočasno s procesom trogocitoze
Bakterije uporabljajo različne načine za razmnoževanje in širjenje v nove celice. Nekatere bakterije so sposobne prehajati med celicami brez da bi vstopile v medcelični prostor. Take bakterije uporabljajo posebne mehanizme za prehode med celicami (npr. gibljivost s pomočjo aktina). Raziskava na bakterijah Francisella tularensis pa kaže, da so bakterije sposobne prehajati med celicami tudi brez posebnih mehanizmov ob medceličnih stikih celic. Natančneje ob procesu trogocitoze; pojavu, kjer limfociti, ki so povezani s celicami, ki vsebujejo ustrezne antigene prevzamejo proteine iz plazmaleme teh celic in jih dodajo na svojo površino. Vendar pa je proces trogocitoze omejen le na limfocite, zato so takega prehajanja med celicami sposobne le bakterije, ki lahko preživijo v limfocitih. Poleg tega lahko na ta način okužijo le tiste tipe celic, ki vršijo trogocitozo. Natančen mehanizem prehoda bakterij med celicami še ni znan, prehod pa je sočasen s trogocitozo, torej je le ta lahko označevalec za prehode bakterij. Prehod baterij med celicami pa ni omejen zgolj na bakterijo Francisella tularensis, saj so rezultati za bakterijo Salmonella enterica serovar Typhimurum podobni. Verjetno se tudi njima podobne bakterije obnašajo enako.
Polona Skrt: Aktivnost mitohondrija in staranje kožnih celic
Raziskave staranja so že nekaj časa zelo aktualne in med najbolj sprejetimi teorijami je povezava med spremenjenim delovanjem prenašalnih verig mitohondrija, posledično nastajanjem večje količine reaktivnih kisikovih zvrsti(ROS), in staranjem celic ter tkiv. Celična senescenca oz. staranje je pravzaprav odziv ne stres(krajšanje telomer, poškodbe DNA), ki se kaže kot izguba sposobnosti delitve celice. To posledično privede do preprečitve razvoja raka, vendar tudi do kopičenja teh celic v tkivih ali omejitve zmožnosti regenerativnih zalog matičnih celic. Poudarek te raziskave je na povezavi aktivnosti mitohondrijskega kompleksa II, ki je del dihalne verige in je najmanj preučen sistem od vseh petih. Ta kompleks je zgrajen iz 4 podenot in za razliko od sorodnih treh kompleksov ni protonska črpalka. Njegova naloga je dovajanje elektronov(prek FAD) ubikinonu(koencimu Q10), ki se nato reducira. Pri temu nastajajo tudi ROS, ki so v skladu z obravnavano teorijo o staranju povzročitelji veliko poškodb DNA. V raziskavi so preučevali povezavo med aktivnostjo kompleksa II in naraščajočo starostjo. Ugotovitve so pokazale, da z naraščajočo starostjo darovalcev kožnih celic pada aktivnost kompleksa II v senescentnih fibroblastih. Vzrok za staranje celic bi tako lahko bile večje količine ROS ali pa dejansko znižana aktivnost kompleksa II.
Domen Vaupotič: Biokemija v boju proti otrokom
Svetovna populacija ljudi presega sedem milijard in še vedno strmo narašča, zaradi česar se že desetletja pojavlja potreba po novih oblikah kontracepcije. Prikrajšani so predvsem moški, saj poleg nereverzibilne vazektomije in nezanesljivega kondoma nimajo na voljo drugih kontracepcijskih sredstev, čeprav raziskovalci že trideset let pozornost usmerjajo v razvoj tako hormonalnih kot nehormonalnih učinkovin. Miyata je s svojo ekipo raziskovalcev pri miših raziskal vlogo kalcinevrina pri mobilnosti spermijev in plodnosti ter ugotovil, da inhibicija kalcinevrina povzroča močno zmanjšano aktivnost spermijev in posledično neplodnost samca. Inhibitorji kalcinevrina, kot sta ciklosporin A in FK506, se v medicini uporabljajo po presaditvi organov kot zaviralca imunskega odziva, saj je kalcinevrin vpleten tudi v aktivacijo T-celic. Uporaba tovrstnih inhibitorjev kot kontracepcijsko sredstvo zato ni mogoča, v nadaljnjih raziskavah pa bi morali raziskovalci razviti sintetično molekulo, ki bi inhibirala samo specifično izoobliko kalcinevrina (PPP3CC), ki je prisotna zgolj v spermijih. Vse do takrat pa bo velik delež načrtovanja družine še vedno slonel na ženskah.
