TBK2013 Povzetki seminarjev

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.