TBK2013 Povzetki seminarjev

Mojca Kostanjevec: Sintetični nanodelci funkcionalizirani z levkocitnimi membranami

Raziskovanje na področju nanotehnologije in nanodelcev je trenutno ena izmed najbolj raziskovanih vej moderne znanosti, predvsem zaradi številnih možnosti uporabe nanodelcev na različnih področjih. V znanosti se tako vedno bolj uporabljajo v povezavi z nanomedicino oziroma s ti. sistemom za dostavo zdravil v tarčne celice. Obravnavana raziskava se je v splošnem osredotočila na raziskovanje terapevtske učinkovitosti omenjenih sistemov - posledično torej na uspešnost delcev v prepoznavanju specifičnih tkiv in selektiven napad na okužena tkiva. Učinkovitost sistemov za prenos zdravil po organizmu v prvi fazi namreč temelji na preprečevanju morebitne aktivacije imunskega sistema in uspešnem izogibanju fagocitnega sistema, zahteva pa tudi ustrezno lokalizacijo in prednostno vezavo na okužene tarčne celice oziroma tkiva. Biomimetični ovoj nanodelcev, ki temelji na celicah imunskega sistema – levkocitih (LLV vektorji), omogoča bistvene prednosti v nanotehnologiji. Močno preprečuje vezavo opsoninov – specifičnih proteinov, ki jih prepoznajo celice za odstranjevanje tujkov – makrofagi, in s tem sprožitev fagocitoze, zagotavlja uspešno vezavo na okužena in obolela tkiva, hkrati pa lajša transport delcev skozi endotelijske plasti. LLV vektorji so v živih organizmih precej stabilni, saj podaljšujejo aktiven čas delovanja delcev, izboljšujejo tudi akumulacijo delcev v predelih tumorjev, hkrati pa zagotavljajo podaljšanje razpolovne dobe razpada zdravil, zmanjšanje stranskih učinkov in povečanje učinkovitosti zdravljenja.

Eva Oblak Zvonar: Vodikov sulfid, potencialno preventivno in terapevtsko sredstvo proti staranju in starostnim boleznim

Staranje je biološki proces, ki se odraža kot počasno in postopno zmanjšanje fizioloških funkcij organizma, kar pa je povezano z povečanjem bolezenskih stanj. H2S je tretji najbolj razširjen gasotransmiter (poleg NO in CO). V telesih sesalcev nastaja s pomočjo proteinov CSE in CSB. CBS je najbolj izražen v možganih in živčnem sistemu, medtem ko je CSE najbolj izražen v gladkem mišičevju in srcu. Na staranje lahko s pomočjo H2S vplivamo preko treh različnih poti. Zmanjšano lahko oksidativni stres zaradi prostih radikalov, ki nastanejo med procesom oksidativne fosforilacije v mitohondrijih, le-ti pa povzročajo poškodbe v celici. H2S vpliva tudi na SIRT1, ki pripomore k večji stabilnosti celic in preprečuje napačno izražanje genov. SIRT1 tudi deacetilira FOXO transkripcijski faktor v celicah sesalcev, kar poveča celično odpornost celice proti stresu in tako podaljša življenje organizma. Poleg tega H2S posredno vpliva na gen Klotho, za katerega je bilo dokazano, da njegovo pomanjkanje povzroči predčasno staranje in smrt, povečana izraženost pa podaljša življenje organizma. H2S inhibira aktivnost angiotensina II, katerega prisotnost zmanjša izražanje gena Klotho, in inhibira katalizator reakcije za nastanek angiotensina II. H2S je potencialno preventivno in terapevtsko sredstvo za zdravljenje bolezni kardiovaskularnega sistema (hipertenzija in ateroskleroza), degenerativne bolezni živčnega sistema (Parkinsonova bolezen), diabetesa ter nekaterih tipov raka.

Eva Vidak: Antigenska subverzija - nov mehanizem s katerim se virus Ebole izogne imunskemu odzivu gostitelja

Ebolavirusi so skupina virusov iz družine Filoviridae in so večinoma patogeni za človeka. Najpogostejši med njimi je virus Ebole (EBOV), katerega sevi lahko imajo tudi do 90% smrtnost. Ugotovljeno je bilo, da prvi stik gostiteljskih celic z EBOV poteka preko glikoproteina GP1,2, ki tvori pritrditvene bodice na površini virusa. Poleg tega glikoproteina okužene celice sintetizirajo tudi velike količine njegove izooblike sGP, ki še ni imela točno definirane funkcije. Obravnavana raziskava je razkrila, da je funkcija sGP povezana z mehanizmom, s katerim se virus izogne imunskemu sistemu gostitelja. Ta mehanizem so poimenovali antigenska subverzija in nanjo pomembno vpliva višja koncentracija sGP oblike, ki jo okužena celica sintetizira v 80%. Posledično obstaja večja verjetnost da limfociti B srečajo sGP obliko in začnejo tvoriti protitelesa, ki delujejo proti sGP in so neučinkovita proti GP1,2, čeprav si obe obliki delita približno 95% linearne sekvence. Ugotovitve raziskave predstavljajo nove prepreke pri razvoju cepiva, saj so znanstveniki dokazali, da lahko sGP spremeni tudi že vzpostavljen imunski odziv in s tem prepreči nevtralizacijo virusa.

Ema Guštin: Vloga regulacije kompleksov Vps34 pri avtofagiji

Avtofagija je reguliran proces razgradnje poškodovanih ali odvečnih sestavin celice s pomočjo lizosomov, ki ima ključno vlogo pri ohranjanju homeostaze. S tem procesom lahko celica različne organske molekule ponovno uporabi. Gre za tvorbo avtofagosoma, znotraj katerega lizosomski encimi razgradijo organele oz. proteine na ponovno uporabne monomere. Sprožijo jo lahko tako znotrajcelični (kopičenje poškodovanih organelov in odvečnih beljakovin v citosolu) kot tudi zunajcelični signali (pomanjkanje hranil ali kisika, zvišanje temperature, okužba z mikrobi). Raziskava, ki sem se ji posvetila, temelji na drugi izmed šestih funkcionalnih enot, ki regulirajo proces avtofagije. Pri tem ima osrednjo vlogo razred encimov Vps34. Vps34 pri sesalcih obstaja v obliki različnih kompleksov, ki sodelujejo pri običajnem transportu celičnih veziklov ali so vključeni v avtofagijo. Pri čem bodo sodelovali kompleksi Vps34, je odvisno od regulacije le-teh z AMPK. AMPK je encim, ki pod nadzorom podenot, specifičnih za avtofagijo (npr. Atg14L) neposredno fosforilira Vps34 in Beclin1 na točno določenih mestih in s tem doseže regulacijo avtofagnega in neavtofagnega kompleksa Vps34. V raziskavi je bil natančno preučen mehanizem te regulacije in vloge različnih kompleksov Vps34 za njo.

Toni Nagode: Makromolekulski uničevalec RNA

V celicah poteka nenehen proces prepisovanja informacij, ki se preko molekul RNA sintetizirajo kot novo nastali proteini. Pri tem morajo biti mehanizmi prepisovanja zelo natančni, saj lahko v primeru napak pride do sinteze nefunkcionalnih ali škodljivih proteinov. Takšnim produktom je treba nemudoma onemogočiti nadaljnjo delovanje, zato celice uporabljajo mehanizme za razgradnjo odvečnih in neobičajnih makromolekul. Eksosom je glavni nukleazni kompleks, ki sodeluje pri procesu razgradnje praktično skoraj vseh vrst RNA. Eksosomski kompleksi so prisotni v celicah evkariontov in arhej, medtem ko pri baterijah podobno vlogo opravlja enostavnejši kompleks imenovan degradosom. Nahajajo se v celični citoplazmi in jedru, kjer se združujejo z različnimi proteini in na ta način regulirajo substratno specifičnost, potrebno v določenem prostoru celice. Nedavni podatki o strukturi in funkcionalnosti eksosomskega kompleksa ter njegovih številnih kofaktorjih, so razkrili različne biokemijske lastnosti in mehanizme obdelave ter razgradnje RNA molekul.

Sara Košenina: Zdravljenje Alzheimerjeve bolezni z grelinom

Alzheimerjeva bolezen je kronična nevrodegenerativna bolezen in je najpogostejši vzrok demence. Močno poslabša kognitivne sposobnosti bolnikov in spremeni njihove značajske lastnosti ter vedenje. Vodi do popolne odvisnosti bolnika od drugih ljudi in se konča s smrtjo. Zdravila zanjo zaenkrat še ni, zdravi in lajša se le simptome bolezni, s čimer pa lahko nekoliko zaustavijo bolezen in podaljšajo življenje bolnika. V razpravah o nastanku bolezni prevladuje hipoteza amiloidne kaskade, ki pravi, da odlaganje amiloida v bližini nevrona spodbuja nevron k sintezi transmembranskega β-amiloid prekurzorskega proteina, ki se z aksonskim transportom prenaša v aksonske končiče. Tam se izloči amiloid β, ki toksično deluje na bližnje nevrone.

V raziskavi so z grelinovim agonistom LY444711 preverjali hipotezo, da lahko lakota v odsotnosti kalorične omejitve preprečuje Alzheimerjevo bolezen in upad kognitivnih sposobnosti na mišjem modelu Alzheimerjeve bolezni. Lakota namreč povzroča blagi stres, ki bi preko metabolnih signalnih poti preprečil uničenje nevronov. Poskus so izvedli na 36 miših, ki so jih razdelili v 3 skupine. Prva je bila kontrolna in je bila normalno hranjena, druga je prejemala zdravilo in je bila normalno hranjena, tretja pa je imela kalorične omejitve. Ugotovitve so pokazale, da zdravljenje z grelinovim agonistom zadostuje za zmanjšanje kognitivnih poslabšanj in sprememb v možganih, ki jih povzroča Alzheimerjeva bolezen, potrebne pa bodo še raziskave, ki nam bodo pomagale razumeti, kako lahko »lakota« brez zmanjšanega vnosa kalorij preloži ali celo zaustavi Alzheimerjevo bolezen.

Vid Jazbec:Interakcije seratoninskih in glutamatskih ter steratoninskih in dopaminskih receptorjev ter vpliv na psihoze

Shizofrenija je duševna motnja, ki prizadane okrog 1% prebivalstva. Njeni vzroki so v popolnosti saj je shizofrenija multigenska bolezen odvisna močno od okolja. Z mikroskopskega stališča so zanjo pomembni predvsem nevrotransmiterji seratonin, dopain in glutamat, ki povzročajo vse tri vrste simptomov. Predvsem dopamin v mezolimbičnem sistemu je dobro poznan povzročitelj halucinacij, ki jih inducirajo prishoaktivne halucinogene druga ali psihotična stanja.

V preteklosti so bili za zdravljenje psihoz uporabljeni tipični antipsihotiki, ki so zavirali delovanje dopaminskih recceptorjev. Raziskave pa so pokazale, da za simptome niso krivi le ti, temveč so simtomi povezani tudi z drugima dvema. Predvsem seratoninski receptorji 5HT2A tvorijo heteromere tako z dopaminskimi D2, kot tudi s glutamatskimi receptorji mGluR2. Pri prvih heteromerih povezava med receptorjema povzroči večjo regulacijo obeh sistemov, medtem ko pri drugem heteromeru oba receptorja dobita novo funkcijo. Vsekakor pa je pomembno, da na te heteromerne komplekse ne delujejo regulatorno dopamin, seratonin ali glutamat, temveč protagonisti in antagonisti teh receptorjev. Ti so lahko halucinogene droge ali pa antipsihotiki. Poleg receptorskih interakci so za molekularno psihotsko stanje odgovorne tudi interakcie teh receptorjev z ogrodnimi proteini. Ti uravnavajo prenašanje seratoninskih receptorjev po membrani in celici, hkrati pa njihovo ekspresijo uravnavajo prav dopaminski receptorji.

Helena Šneberger: Nova imunološka terapija zdravljenja alergije na jajca

Število ljudi, ki imajo diagnosticirano alergijo se povečuje. Danes je že kar 20 % svetovnega prebivalstva in četrtina vseh mladih boleha za eno od vrst alergij. Alergijo na hrano ima 3 % odraslega prebivalstva, pri otrocih in mladostnikih pa je odstotek višji- med 6 % in 8 %. Najbolj razširjena je alergija na mleko, sledi pa ji alergija na jajca. V Združenih državah Amerika, kjer je izbrana raziskava potekala, odstotek obolelih odraslih in otrok oziroma mladostnikov odstopa in znaša 0,2 % (pri odraslih) in 4 %(pri otrocih). Alergijo na jajca ima 2,6 % otrok starosti do 2 let in pol. Zdravilo za alergijo na hrano, natančneje za alergijo na jajca, še ni poznano. Edini način preprečevanja simptomov je izogibanje alergenu, ki ga telo zaznava kot tujek, kar lahko poslabša kakovost življenja obolelega. V raziskavi, ki je opisana v članku Oral Immunotherapy for Treatment of Egg Allergy in Children, so znanstveniki oblikovali in preizkusili nov način zdravljenja alergije na jajca pri otrocih.

Rok Ipšek: Delovanje alfa hidroksi kislin kot eksfoliantov

Ostati večno mlad - cilj, ali pa vsaj tiha želja večine ljudi. V zadnjih letih nas od vsepovsod bombardirajo z izdelki, ki naj bi omogočali upočasnitev procesov staranja, med njimi so eksfolianti (pilingi), ki pospešijo luščenje odmrlih celic s površja kože (epidermisa) in tako odkrijejo svežo, novejšo plast.

Pilingi so mehanski ali kemični, slednji so učinkovitejši. Najblažja oblika kemičnih pilingov so alfa hidroksi kisline (AHA-ji). Najmanjša in zato precej učinkovita je glikolna kislina, katere učinek na kožo in mehanizem delovanja so preučevali v izbrani raziskavi. Raziskovalna ekipa se je osredotočila na študijo ionskega kanalčka, prepustnega za kalcij, TRPV3, v celičnih membranah keratinocitov, celic z zunanje plasti kože. Ta kanalček ima pomembno vlogo pri občutljivosti na temperaturo okoli 33 °C in normalni fiziologiji kože. Pri svojem delu so uporabili nesmrtne človeške keratinocite HaCaT in celice HEK-293 z izraženim genom TRPV3. Tega so v obliki cDNA s transfekcijo vstavili v preučevane celične linije HEK in jih označili. Napravili so serijo poskusov s t. i. tehniko vpete krpice, ki omogoča študijo enega ali več ionskih kanalčkov.

Iz rezultatov so sestavili model delovanja. Glikolna kislina povzroča dvig koncentracije znotrajceličnih protonov, kar aktivira kanalčke TRPV3, ti prepustijo preveč kalcija in hkrati še dodatne protone s strani zunaj celice, to pa vodi v celično smrt. Na tak način se keratinociti odluščijo in koža je posledično mehkejša.

Vita Vidmar: Posttranskripcijska regulacija cirkadianega ritma pri Synechococcus elongatus

Cirkadiani ritem je endogeni dnevno-nočni ritem značilen za evkarionte, imajo pa ga tudi nekateri prokarionti, predvsem cianobakterije, kamor spada tudi Synechococcus elongatus. Značilnosti cirkadianega ritma so približno 24-urna perioda, prilagoditev lokalnemu času (pod vplivom svetlobe) in vzdrževanje ritma v mejah fizioloških temperatur. Omenjeni ritem je na molekularni ravni uravnan s cirkadiano uro. To pri S. elongatus sestavljajo trije proteini imenovani KaiA, KaiB in KaiC. KaiA sprejema signale iz okolja prek drugih molekul in stimulira fosforilacijo KaiC. KaiB se lahko veže na hiperfosforilirano obliko KaiC in sproži defosforilacijo. Ritmična fosforilacija in defosforilacija proteina KaiC je ključnega pomena za delovanje cirkadiane ure. Ko se KaiC defosforilira, lahko KaiA ponovno začne cikel. Hitrost teh reakcij je uravnana tako, da en cikel cirkadiane ure poteče približno v 24 urah. Genska ekspresija KaiB in KaiC je regulirana z negativno povratno zanko, saj visoka koncentracija proteina KaiC zavira prepisovanje genov za KaiB in KaiC. Njuno ekspresijo pa uravnava tudi KaiA, ki pri veliki koncentraciji stimulira prepisovanje teh genov. Večina aminokislin je v genskem kodu določenih z več različnimi kodoni. Vsi organizmi lahko enako interpretirajo kodone, se pa med seboj razlikujejo po tem, da nekatere kodone lažje 'berejo' kot druge, zato je za organizem ugodnejša uporaba optimalnih kodonov. Raziskovalci pa so ugotovili, da sta KaiB in KaiC kodirana z velikim deležem neoptimalnih kodonov in odkrili, da je to posttranslacijski prilagoditveni mehanizem, s katerim lahko S. elongatus 'preklopi' med cirkadiano in necirkadiano regulacijo genske ekspresije.

Nika Strašek: Zdravljenje avtizma s suraminom

Avtizem oz. spektroavtistična motnja (SAM) prizadene približno stotino svetovnega prebivalstva, simptomi se kažejo predvsem v težavah s socialno komunikacijo, interakcijo in pa s fleksibilnostjo mišljenja. Vzroki te bolezni so še zelo slabo raziskani, zagotovo je le da na razvoj bolezni vplivajo tako okoljski (izpostavljenost škodljivim snovem) kot genetski dejavniki (sindrom drobljivega kromosoma X, nevrofibromatoza). K nastanku bolezni pripomore tudi oksidativni stres in imunske motnje matere v zgodnji nosečnosti. Avtorji objavljene raziskave so sklepali, da vse nepravilnosti delovanja pri SAM izvirajo iz metaboličnega stanja, ko se celice želijo zaščititi pred nevarnostmi, aktivirajo obrambni mehanizem in komunikacija med celicami se ustavi, kar vpliva na razvoj možganov in njihovo funkcijo. Poenostavljeno povedano, ko celice nehajo komunicirati med seboj, tudi otroci nehajo govoriti. Mitohondrij ima pomembno vlogo pri oksidacijskem stresu, prirojeni imunosti in vnetjih in zato so avtorji članka iskali signalizacijski sistem v telesu, ki je povezan z mitohondriji in ima pomembno vlogo pri prirojeni imunosti. Našli so ga pri mitokinih, signalizacijskih molekulah, ki nastanejo v mitohondriju. Taka molekula je npr. ATP, ki zunaj celice deluje kot signalna molekula za nevarnost. Kot agonist se veže na purinergične receptorje. Skupaj ti receptorji upravljajo z obsežnim rangom bioloških karakterizacij, ki so povezane z avtizmom. Antipurinerigična terapija zdravljenja s suraminom, ki deluje kot inhibitor purinergičnega signaliziranja je v miših z SAM izboljšala ali popolnoma odpravila kar 16 simptomov te bolezni.

Sabina Štukelj: Struktura in pomen antifreeze proteinov

Antifreeze proteini so prisotni v telesnih tekočinah mnogih organizmov, ki živijo v hladnih razmerah in jih ščitijo pred zamrznitvijo. Glavna značilnost teh proteinov je vezava ledenih kristalov in s tem omejevanje rasti kristalov. V naravi obstaja velika diverziteta AFP (antifreeze) molekul, k njej pa prispeva led s svojimi številnimi različnimi površinami z drugačno geometrijsko razporeditvijo kisikovih atomov. Da se AFP molekule učinkovito vežejo na gornji sloj ledu so predvsem zaslužne vodikove vezi, ki nastanejo med kisikovimi atomi in stranskimi skupinami z vodikom. Poznamo več tipov AFP-jev, raziskovani pa so bili predvsem pri ribah, zato tu ločimo 5 znanih tipov: AFGP-ji, AFP I, AFP II, AFP III in AFP IV. Klasificirani so kot hiperaktivni ali zmerno aktivni, odvisno od aktivnosti njihove zamrzovalne histereze (FH). Znanstvena raziskava, ki je opisana v seminarju podaja neposredne dokaze, da je vezava hiperaktivne TmAFP molekule na ledene kristale nepovratna in da je FH aktivnost neodvisna od koncentracije AFP molekul v raztopini, kar pa so najnovejša odkritja na področju antifreeze proteinov in nasprotujejo dotedanjim teorijam. Rezultati raziskav njihovih lastnosti in zgradbe niso pomembni le za razumevanje interakcij z ledom in za tvorbo veznih domen na drugih proteinih, temveč tudi v praksi, saj se uporabljajo na področjih medicine, biotehnologije in prehrambene industrije kot sredstvo proti zamrzovanju.

Simon Bolta: Vloga rjavega maščobnega tkiva pri termogenezi

Rjavo maščobno tkivo je v telesu ključno za regulacijo termogeneze. To je pridobivanje toplote za potrebe telesa. Za termogenezo se porablja energija, ki jo vnesemo v telo s hrano. Jasno je torej, da bolj kot termogeneza teče, višja je poraba energije. Zato se je tu hitro pokazala potencialna možnost za zdravljenje debelosti in z njo povezanih bolezni. Raziskave so sicer še precej na začetku, a določeni mehanizmi so nam že poznani. Nedavno je bila odkrita vloga proteina BMP-7. Najpomemneje pa je, da obe vrsti rjave maščobe, cBAT in rBAT komunicirata med sabo preko simpatičnega živčnega sistema. V kolikor je cBAT-a zelo malo, se to kompenzira z tvorbo več rBAT-a. Zaenkrat ni znano še niti, ali imamo tudi ljudje obe vrsti rjave maščobe, in ravno to je področje, ki bo v prihodnosti deležno še veliko raziskav, saj se kaže možnost zdravljenja raznih bolezni in jasno s tem povezani tudi zaslužki.

Jakob Rupert: Vplivi na citotoksičnost Aβ oligomerov v povezavi z nepatogenimi prioni PrPc in vpliv na pojav Alzheimerjeve bolezni

Alzheimerjeva bolezen (AD) je progresivna nevrodegenerativna bolezen osrednjega živčevja, ki prizadane predvsem možgane. Simptomi so izguba spomina, motnje zavesti, oteženo gibanje in drugo. Je neozdravljiva in se vedno konča s smrtjo. V zadnjem času veliko raziskujejo povezavo med AD in nepatogenimi prioni PrPC in ugotovitve kažejo, da se amiloidni-β oligomeri radi vežejo na PrPC, z njim tvorijo komplekse, ki se nato endocitirajo v nevron in povzročijo propad celice in tvorbo značilnih amiloidnih plak v možganih, predvsem v predelih hipokampusa in pa cerebralnega korteksa. Vendar na vezavo AβO na PrPc vpliva še nekatere druge molecule, v zadnjem času pa so odkrili tudi dve molekuli. To sta ekstrakta iz rdečega vina (resveratrol) in predvsem EGCG iz zelenega čaja. Oba zmanjšata vpliv amiloidnih plak s tem da strukturno spremenita AβO, ki se mu s tem skoraj izniči toksičnost. To prinaša novo upanje za domnevnih več kot 37 milijonov bolnikov z AD po svetu. Bolezen sicer prizadane večinoma starejše od 65 let, takih pa je v starajoči družbi vedno več, zato so raziskave možnih vzrokov in zdravil za AD ene najbolj aktualnih tudi iz ekonomskega vidika.

Helena Jakše: Resveratrol-preventiva proti raku

Že vrsto let preiskujejo zdravilne učinke rdečega vina in s tem povezane pomembne spojine-resveratrola. Ta se v naravi nahaja v groznih peškah in koži grozdnih jagod, v nekaterih robidnicah in še v mnogih drugih rastlinskih virih. Resveratrol vpliva na vse stopnje karcinogeneze (nastanek rakastih celic) od začetka do napredovanja raka z vplivom na signalne poti, ki kontrolirajo razvoj in rast celic, programirano celično smrt (apoptozo), metastazo in angiogenezo (nastanek novih žil v tumorjih). Mnoge študije so pokazale, da resveratrol zavira širjenje človeškega tumorja in vitro. Ta spoznanja so vodile v nove raziskave, ki so ocenile resveratrolov potencial za zdravljenje raka. In vitro raziskave so pokazale, da resveratrol vzpostavlja interakcije z večimi tarčnimi molekulami in s poškodovanimi celicami kože, dojk, prostate, trebušne slinavke, želodca, debelega črevesa in požiralnika.

Z reguliranjem več signalnih poti (NF-kB, Akt, CD95, Wnt) resveratrol aktivira signale za programirano celično smrt predrakavih in rakastih celic, brez da bi pri tem negativno vplival na zdrave celice.

Učinkovitost resveratrola v živalskih rakavih modelih je omejena zaradi njegove biološke razpoložljivosti po vstopu v organizem. Največji vpliv proti raku je bil zabeležen za tiste tumorje, s katerimi je bil resveratrol v direktnem stiku, na primer koža in prebavni trakt.

Lenka Tomešová:Key to Controlling Toxicity of Huntington's Disease Protein May Be Cell Contents

Huntington‘s disease (HD) belongs to the group of neurogenerative diseases and unfortunately there are no effective therapies for these serious illnesess. HD is caused by an expansion of a CAG (cytosin-adanin-guanin - CAG is the code for an amino acid-glutamine) repeat coding for a polyglutamine in the huntingtin protein, resulting in aggragation of respective proteins. It is caused by mutation of only one gen. It is one of the reason why is HD one of the most tested diseases. New researches suggest that the toxicity of Huntingtin protein on cell is not caused just by the lenght of the proteins expansions, but there could play an important role also other proteins which are in the cells. In this experiment were used yest cells. Human huntingtin protein was placed into yest cells and researchers found toxicity differences due to presence of other protein aggregates which are called prions. Data showed that mechanism of polyglutamine toxicity depends on the prion composition of the cell. Polyglutamine is not the toxic reagent itself, but rather enhances the effects of the prion aggregates by sequestering them and making them more rigid. Data showed for the first time that aggresome (an internal compartment of expanded huntingting clumps) is not always protective. Now scientists have a new approach that through characterization of pre-existing proteins in the cell they can identify potencional therapeutic targets.

Domen Klofutar: MICU1 kot esencialen regulator koncentracije Ca2+ v mitohondrijih

V celičnem organelu mitohondriju se odvija oksidativna fosforilacija oziroma tvorba molekul ATP, ki jih telo porablja kot energijo. Za stimuliranje omenjenega procesa je potrebna zadostna koncentracija kalcijevih dvovalentnih kationov. Molekula MICU1 je periferni membranski protein, ki v povezavi z uniporterjem, katerega del je tudi protein MCU, sestavlja enega izmed proteinskih kompleksov na notranji membrani mitohondrija. Protein MICU1 v času mirovanja pri majhnih koncentracijah kalcijevih kationov v citosolu zavira prehod kalcija skozi uniporter. Prevelika koncentracija kalcija v matriksu mitohondrija bi povzročila nastajanje reaktivnih kisikovih zvrsti, ki bi zavrle proces oksidativne fosforilacije in sprožile začetek apoptoze – vrste programirane celične smrti. Prevelika koncentracija kalcija v matriksu pa lahko povzroči tudi depolarizacijo notranje membrane mitohondrija, ki škodi delovanju tega organela. MICU1 pri visoki koncentraciji kalcija v citosolu na pretok kationov skozi uniporter nima vpliva. Prav tako ne vpliva na kinetiko procesov v mitohondriju. Vsebuje dve EF domeni, ki sta sestavljeni vsaka iz dveh regularnih struktur α-heliks, ki sta pravokotni ena na drugo. Domeni sta obrnjeni proti matriksu in specifično vežeta kalcij. S tem protein uravnava koncentracijo kalcija v mitohondriju. Vsakršna mutacija na kateri koli izmed domen poruši proces delovanja proteina, saj ena domena zaznava višje koncentracije kalcija, druga pa nižje.

Urška Kašnik: Propionibacterium acnes - bakterija, ki povzroča akne

Bakterija P. acnes je je del kožne flore, torej je prisotna na koži skoraj vseh zdravih odraslih ljudi. Živi na maščobnih kislinah v loju, ki ga sintetizirajo žleze lojnice v lasnih mešičkih. Povezana je z nastankom aken.

Akne so pogosta bolezen kože oz. žlez lojnic, katerih funkcija je izločanje loja (poltekoča mešanica maščobnih kislin, trigliceridov, voskov in holesterola), kar preprečuje prekomerno izsuševanje in pokanje kože. Najpogosteje se pojavlja v času pubertete.

Aken je več vrst. Med blažjimi oblikami sta zaprt komedo (beli ogrc), ki zgleda kot mala bela bunkica, in odprt komedo (črn ogrc), ki mu daje barvo pigment melanin. Med vnetne oblike spadajo papule, pustule, nodule in ciste.

Raziskava UCLA je odkrila, da vse P. acnes bakterije ne povzročajo mozoljev – nekateri sevi lahko dejansko pomagajo ohraniti zdravo kožo. Ugotovitve, dognane s to raziskavo, bi lahko vodile do razvoja novih terapij za preprečevanje in zdravljenje težav s kožo. Upajo, da bodo njihove ugotovitve pomagale razviti nove strategije, ki bodo preprečile napake na koži, že predenj bodo te nastale.

Maruša Prolič-Kalinšek: Živčni strupi in butirilholinesteraza

Živčni strupi so organofosforjeve spojine, ki inhibirajo acetilholinesterazo, kar povzroči nalaganje nevrotransmitorja acetilholina v živčno sinapso in nevromišični stik. Povzročijo odpoved živčnega in respiratornega sistema. Ena izmed snovi, ki lahko nudi zaščito pred živčnimi strupi je butirilholinesteraza (BChE). To je globularen protein, ki se sintetizira v jetrih. BChE veže večino antiholinesteraz, zato ga lahko uporabimo za odstranjevanje organofosforjevih živčnih strupov. V zadnjih 10 letih je bilo razvitih več metod pridobivanja tega encima npr. iz mleka transgenih živali pridobljen BChE, z uporabo adenovirusa. V nedavni raziskavi so s kemično polisialilacijo modificirali rekombinanten BChE. Da bi izbrali najugodnejši ekspresijski vektor so zato uporabili tri. Kot najbolj učinkovit se je izkazal pBudCE/EF/BCHE. Transfekcija tega v CHO-K1 celice, je povzročila produkcijo do 3 mg/L BChE. Po optimizaciji ekspresijskih pogojev so dosegli proizvodnjo 35 mg/L rBChE. Ker je analiza pokazala da je bil encim večinoma v monomerni obliki, so dodali tetramerizacijski peptid. Nato so izvedli modifikacija z oksidirano polisialična kislino. S tem so pridobili encim, ki je imel dolg razpolovni čas, je obdržal večino svoje aktivnosti, je bil bolj stabilen in je miši obvaroval pred učinki žuvčnega strupa VR.

Mojca Juteršek: Sekrecijski sistem tipa III pri Pseudomonas aeruginosa in vpliv metabolizma na njegovo izražanje

Pseudomonas aeruginosa je oportunistična Gram-negativna bakterija, ki veliko težav povzroča predvsem bolnikom s cistično fibrozo. Svojo virulentnost izraža preko sekrecijskega sistema tipa III, ki ji omogoča direkten prenos eksotoksinov v gostiteljsko celico. Ta mehanizem je dobro reguliran preko regulatornih molekul, že nekaj časa pa je znano, da na izražanje sekrecijskega sistema tipa III vplivata tudi metabolizem in omejena količina kisika v okolju. V nedavni raziskavi so ti dve dejstvi povezali in raziskali vpliv metabolizma na izražanje sekrecijskega sistema tipa III pri bakterijah, gojenih v okolju z omejeno količino kisika, kar je še posebno pomembno za bolnike s cistično fibrozo, saj so v njihovih pljučih ravno takšne razmere. Znanstvenikom je uspelo dokazati, da ima pomembno vlogo pri regulaciji izražanja sekrecijskega sistema tipa III v razmerah z omejeno količino kisika encim izocitrat-liaza, ki je pomben encim v metabolnih poteh teh bakterij. Hkrati so odkrili, da ima omenjen mehanizme vpliv tudi na količino biofilma, ki ga bakterije tvorijo, ta pa je pomemben obrambni sistem bakterij pred delovanjem antibiotikov. To odkritje tako obljublja nove možnosti v preprečevanju okužb s P. aeruginosa.

Tjaša Bensa: Sulforafan kot potencialni kandidat za zdravljenje levkemije

Sulforafan spada med izotiocianate in ga najdemo v križnicah zelenjave, kot so brokoli, cvetača, ohrovt ... Znastveniki so odkrili, da sulforafan varuje pred rakom na požiralniku, želodcu, debelem črevesu, na prostati, dojkah, jajčnikih, pred rakom na materničnem vratu in tudi proti levkemiji. Levkemija je krvni rak, za katerega je značilno nenadzorovano razraščanje rakavih belih krvničk v kostnem mozgu. Poznamo več vrst levkemije, pri otrocih pa se najpogosteje pojavlja akutna limfoblastna levkemija (ALL). Pri ALL so lahko celice pre-B ALL ali pa T-ALL. Zaenkrat še ne poznamo terapije, ki bi popolnoma ozdravila bolnike, saj imamo slabo razumevanje o diagnozi bolezni ALL.

Znastveniki na Baylor College of Medicine so naredili vrsto poskusov, da so dokazali pozitiven učinek sulforafana na levkemične celice. Sulforafan je sprožil apoptozo v celicah pre-B ALL (Nalm-6, REH, RS-4) in T-ALL celicah (Jurkat, RPMI, DND41, KOPTK1), v zdravih celicah pa ne. Ko so zdravim celicam dodali sulforafan, so bile te bolj odporne na njegovo citotoksičnost, kot pa levkemične celice.

Poskuse so naredili tudi na miših. Z bioluminiscenčnim slikanjem so dokazali, da je po treh tednih sulforafan zmanjšal število levkemičnih celic. Tudi pri miših s tumorjem je sulforafan po sedmih dnevih zdravljenja zmanjšal obseg tumorja.

Akutna limfoblastna levkemija predstavlja najpogostejšo vrsto levkemije pri otrocih, saj zanjo zboli kar 80 % otrok z levkemijo. Če bi sulforafan postal nova terapija za zdravljenje levkemije, bi to tako pomenil velik preobrat v zdravstvu in medicini.

Petra Tavčar: Zdravljenje Huntingtonove bolezni s proteini s cinkovimi prsti

Huntingtonova bolezen je monogenska dedna bolezen, ki se razvije zaradi prekomernega ponavljanja zaporedja nukleotidov CAG na genu, ki nosi zapis za protein huntingtin. Pri obolelih se zaporedje ponovi od 36 do 121-krat (normalno: 10 do 29-krat). Protein huntingtin je odgovoren za zdrav embrionalni razvoj ter razvijanje in ohranjanje nevronov pri odraslih ljudeh. Pri bolnikih nastaja protein z daljšo verigo poliglutamina, ki se z ostalimi mutiranimi huntingtin proteini združuje v proteinske agregate. Le-ti tvorijo inkluzijska telesca, ki se nalagajo na aksonih, dendritih in v jedrih nekaterih možganskih živčnih celic ter motijo normalno delovanje celic. To privede do sprememb v obnašanju, demence in horee (sunkovitih nehotenih gibov).

Trenutno še ne poznamo načina, s katerim bi zdravili ali preprečevali to bolezen. V razvoju pa je zdravljenje s proteini s cinkovimi prsti. To so regulatorni proteini, ki vsebujejo motiv cinkovega prsta. Prepoznavajo in se vežejo na določene odseke DNA in s tem regulirajo izražanje gena, na katerega se vežejo. Ker je oblikovanje proteinov s cinkovimi prsti enostavno, lahko izdelamo različne proteine, ki se vežejo na različne odseke DNA. Prav tako lahko nanje pripnemo poljubne regulacijske molekule ali vezavne elemente, kar omogoča specifično vezavo na želeni mutiran gen in preprečuje represijo nemutiranih genov.

Oblikovali so protein z enajstimi cinkovimi prsti, ki prepozna in se veže na poli 5´- GC(A/T) -3´. Sposoben je prepoznati poli-CAG ter poli-GCA, poli-GCT DNA del. Z raziskavo so dokazali, da represorji s cinkovimi prsti lahko povzročijo redukcijo na nivoju RNA in na nivoju proteinov v možganih miši, kar vodi do izboljšanja v fenotipu obolelih miši. Kombiniranje represorjev s cinkovimi prsti in promotorjev CAG in WPRE lahko omogoči selektivno represijo mutiranega gena, zmanjšano količino škodljivih proteinskih agregatov in blažitev simptomov Huntingtonove bolezni.

Rok Ferenc: Nov način zdravljenja Androgenic alopecia

Androgenic alopecia oz. bolj splošno "plešavost" je bolezen, sicer značilna za moške, vendar prizadene tudi ženske in najstnike. Čeprav je izjemno razširjenja in bi uspešno zdravilo nedvomno ponovilo globalni uspeh in razvpitost modre tabletke, saj ima plešavost velike psihološke učinke na prizadetega, so do sedaj znana zdravila bodisi neučinkovita, bodisi zaradi stranskih učinkov nezaželena. Nedavno odkritje kapljic za oči, ki pospešijo rast trepalnic, je znanstvenike pripeljalo do novih raziskav, ki predvsem temeljijo na novo odkriti snovi - bimatoprost, ki bi hipotetično prek receptorjev lokalno lahko vplival na lasne folikle in pospešeno rast las. Slednje jim je uspelo potrditi. Najprej so izločili zunanji vpliv na rast dlak z gojenjem foliklov v kulturi, s poskusi na miših so teorijo prenesli na žive organizme, z opazovanjem delovanja antagonista za bimatoprost pa so dokončno potrdili obstoj receptorjev. Receptorje so z gelsko elektroforezo dokazali tudi v človeku ter jih s posebnimi tehnikami locirali v dermalni pupili, ki naprej stimulacijsko vpliva na celice, ki proizvajajo pigment in keratin. Svet je tako korak bliže k zdravljenju plešavosti in hkrati dvig ogromnega bremena z ramen marsikaterega moškega... pa tudi ženske.

Tim Božič: HCMV z vezavo glikoproteina UL141 na smrtne receptorje TRAIL spodnese imunski odziv

Človeški citomegalovirus spada med herpes viruse in je zaradi različnih načinov prenašanja zelo razširjen. Zdravi ljudje sprva ne kažejo posebnih znakov okužbe, saj virus postane latenten, v daljšem časovnem obdobju pa lahko povzroči maligne bolezni. Posebno nevaren je za ljudi s šibkim imunskim sistemom (HIV pozitivni, starejši, novorojenčki) in nosečnicah, saj slednjim pusti trajne okvare vida, sluha ali pa celo vpliva na mentalni razvoj. Virus ima vsaj 3 mehanizme patogeneze in v vsakem prekine signalizacijo okuženih celic s protitelesi, torej prepreči imunski odziv. Razvoj cepiva je torej nujno potreben, saj ni omejen glede na socialni razred in geografijo.

Jan Rozman: Ciljanje kronično levkemičnih celic z monoklonskim protitelesom specifičnim za CD44

Življenja mnogih ljudi prizadane levkemija, zato si znanstveniki že dolgo časa prizadevajo najti sdravilo zanjo. Ali je znanost z raziskavo, ki sem si jo izbral naredila nov korak v boju proti tej bolezni? CD44 je antigen vezan na B celicah levkocitov, na katerega se veže protitelo RG7356. To protitelo se veže na vse CD44, ne glede na to ali gre za zdravo B celico ali pa za CLL celico (kronično limfocitno levkemično celico), a na zdravi celici ne sproži apoptoze, na CLL celici pa jo, če ima težka veriga antigena CD44 nemutiran variabilni del, ali če je izražen protein ZAP-70. Če se na CD44 antigen CLL celice veže hialuronska kislina se v celici začnejo tvoriti antiapoptotični proteini, iz česar vidimo, da ima hialuronska kislina neželjeno delovanje (nasprotno RG7356), glede na to, da je cilj levkemične celice odstraniti in ne ohraniti. In vivo del eksperimenta je potekal v peritonealni votlini miši z knockoutiranim genom Rag2, zaradi česar te miši niso imele B in T celic ter naravnih celic ubijalk. Kljub temu je ob dodatku RG7356 prišlo do zmanjšane viabilnosti pri ZAP-70 pozitivnih in negativnih CLL celicah. Z dodatnim poskusom je bilo dokazano, da so za to odgovorni makrofagi, prisotni v peritonealni votlini teh miši.

Vabljeni na seminar, ki bo v ponedeljek 22.4.2013.

Dominik Dekleva: Encimsko mapiranje proteinov v celici

Ideja o celičnem zemljevidu proteinov ni nič novega v svetu biokemije. Da bi bolje razumeli kaj se dogaja v celici, moramo dokumentirati lokacije na tisoče proteinov. Do sedaj so za dokumentiranje proteinov znanstveniki uporabljali fluorescentno ali elektronsko mikroskopijo ter masno spektrometrijo, ki pa imata v ta namen veliko pomankljivosti. Biokemiki iz MIT-a so razvili novo metodo detekcije proteinov v določenem predelu celice, ki se je izvrstno obnesla. Preizkus nove metode so izvedli na mitohondrijskem matriksu HEK (human embryonic kidney) celic. Te pogosto uporabljajo v celični biologiji, saj so enostavne za gojenje ter brez večjih problemov sprejmejo inducirane nukleinske kisline. Nova metoda izkorišča znanje o encimih, označevanju proteinov z biotinom ter mikrozrncih.

Tadej Rozman: Protein Alfa-Sinuklein se obnaša kot virus.

  Parkinsonova bolezen je nevrodegenerativna bolezen. Propadejo bazalni gangliji, ki proizvajajo dopamin in oseba ima motnje gibanja poleg vseh drugih težav. Veliko vzrokov je za nastanek te bolezni, eden od teh je kopičenje skupkov proteinov alfa-sinukleinov. Postavljena je hipoteza, da ti proteini potujejo med celicami in tudi okužijo celice kot virusi. Vstopijo z endocitozo in nato v celici raztrgajo membrano lizosoma. To počnejo samo napačno zviti alfa-sinukleini. Protein je sestavljen iz treh domen. Prva domena je zadolžena za zvitje proteina, zadnja pa za naboj in fosforilizacijo z membrano. Mutiranje se zgodi na točno določenih delih domen.