Kinetyka oraz regulacja uwalniania Smac/DIABLO z mitochondriów komórek nowotworowych pod wpływem stymulacji apoptogennej

Streszczenie:Większość stosowanych obecnie leków przeciwnowotworowych oraz radioterapia indukuje apoptozę poprzez uszkodzenia DNA lub hamowanie kluczowych enzymów w systemie przekaźnictwa sygnału przeżycia komórki. Wyzwala to kaskadę reakcji prowadzących do aktywacji białek proapoptotycznych z rodziny Bcl-2, takich jak Bad, Bid, Bax czy Bak, tworzących specyficzne kanały lub współtworzących megakanały (mPTP) w zewnętrznej błonie mitochondrialnej, pozwalające na uwalnianie z przestrzeni międzybłonowej białek apoptogennych, takich jak: cytochrom c, Smac/DIABLO, AIF, Omi/HtrA2, prokaspaza 9 i 3 oraz endonukleaza G. Smac/DIABLO (second mitochondria-derived activator of caspases/direct IAP binding protein with low pI) jest drugim po cytochromie c aktywatorem kaspaz pochodzenia mitochondrialnego, którego funkcja polega na uwalnianiu kaspaz spod hamującego wpływu IAPs (inhibitors of apoptotic proteases). Prekursor Smac/DIABLO syntetyzowany jest jako 239-aminokwasowe białko, które po struktury przestrzennej linkera BIR2, co z kolei uniemożliwia wiązanie kaspazy 3 i 7 przez IAPs. Smac/DIABLO uwalniany jest z mitochondriów nie tylko w apoptozie przebiegającej ścieżką mitochondrialną, lecz również receptorową. Wynika to z faktu, że sygnał apoptogenny z receptorów śmierci, przekazywany za pośrednictwem kaspazy 8 jest zbyt słaby dla pełnej aktywacji kaspaz wykonawczych (3, 6 i 7) w komórkach nowotworowych. Receptorowy sygnał apoptogenny musi więc być amplifikowany przez uwolnienie Smac/DIABLO z mitochondriów i zniesienie hamującego wpływu IAPs na kaspazy. Ciekawe, że w tym przypadku najczęściej nie dochodzi do uwalniania cytochromu c z mitochondriów, co może wskazywać na różny molekularny mechanizm uwalniania obydwu białek. Ostatnie własne badania z zastosowaniem homeostatycznej mikroskopii konfokalnej, pozwalającej na precyzyjne badanie kinetyki Smac/DIABLO w stymulowanej do apoptozy komórce nowotworowej, wykazały uwalnianie Smac/DIABLO-GFP z mitochondriów natychmiast po zastosowaniu leku cytotoksycznego. Zablokowanie aktywności m-kalpainy – aktywatora Bax opóźniało uwalnianie Smac/DIABLO-GFP z mitochondriów i hamowało apoptozę. Kolejne własne badania z zastosowaniem laserowej cytometrii skaningowej, mikroskopii konfokalnej i immunoelektronowej oraz dane literaturowe wskazują jednoznacznie na kluczową rolę Bax i prawdopodobnie innych białek współtworzących megakanały w zewnętrznej błonie mitochondrialnej w regulacji uwalniania Smac/DIABLO z mitochondrium

Słowa kluczowe: : apoptoza, Smac/DIABLO, Bax, Bid, Bcl-2, cytochrom c, kaspazy, mitochondria, komórki nowotworowe, leki przeciwnowotworowe, laserowa cytometria skaningowa, homeostatyczna mikroskopia konfokalna, mikroskopia immunoelektronowa.
 

Transkrypcyjna regulacja adipogenezy

Streszczenie: Główną rolą adipocytów jest magazynowanie triacyloglicerolu w okresach nadwyżek energetycznych oraz uwalnianie jego rezerw w momencie niedoboru energii. Adipocyty wykazują również aktywność sekrecyjną, są miejscem syntezy wielu czynników parakrynowych i endokrynowych, m. in. leptyny. Adipogeneza jest wieloetapowym procesem prowadzącym do przekształcenia pierwotnych komórek zarodkowych i preadipocytów w dojrzałe adipocyty. Proces różnicowania podlega kontroli kilku rodzin genów, przede wszystkim PPAR i C/EBP. Polimorfizm tych genów może mieć wpływ na kształtowanie się otyłości u ludzi i cechy otłuszczenia zwierząt gospodarskich.

Słowa kluczowe: adipogeneza, czynniki transkrypcyjne, C/EBP, PPAR, CREB, tłuszcz
 

Terapia genowa komórek układu krwiotwórczego: rozwój strategii i wektorów

Streszczenie: Na przestrzeni ostatniej dekady obserwowany był znaczący rozwój strategii terapii genowych w układzie krwiotwórczym, od prób korekcji zmutowanego genu w chorobach jednogenowych do badań nad zastosowaniem transferu genów w transplantologii, leczeniu nowotworów i AIDS. Intensywnie bada się możliwości terapii w oparciu o genetycznie modyfikowane komórki macierzyste - wyniki uzyskane dotychczas w modelach zwierzęcych są zachęcające. Zastosowanie terapii genowej wymaga udoskonalenia metod transferu genów i zapewnienia bezpieczeństwa ich stosowania. Wszystkie wektory genowe, zarówno wirusowe jak biochemiczne, charakteryzują się pewnymi ograniczeniami i zagrożeniami. Udoskonalanie wektorów biochemicznych i wirusowych podlega tym samym zasadom, wynikającym z konieczności pokonania przez transgen bariery błony komórkowej, wydostania się z endosomu do cytoplazmy, a wreszcie wniknięcia do jądra i uzyskania kontrolowanej ekspresji na terapeutycznym poziomie. Mimo znaczącego postępu metodologicznego, zapewnienie pełnego bezpieczeństwa terapii genowej jest wciąż wyzwaniem wymagającym dalszych intensywnych badań.

Słowa kluczowe:  terapia genowa, komórki hematopoetyczne, wektory wirusowe, wektory niewirusowe
 

Kompleks sygnalny COP9 i jego rola w regulacji stabilności białek eukariotów

Streszczenie: Kompleks sygnalny COP9 (CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENIC 9) określany coraz częściej skrótem CSN (ang. COP9 signalosome) jest wielopodjednostkowym kompleksem jądrowym występującym powszechnie u Eukariotów. Wyniki wielu różnorodnych badań wykazały udział CSN w szerokim spektrum procesów życiowych, takich jak fotomorfogeneza, regulacja cyklu komórkowego czy różnicowanie komórek. Coraz częściej kompleks sygnalny COP9 wiązany jest z kontrolą, zależnej od ubikwityny, degradacji białek. Wnioski takie formułuje się na podstawie współdziałania tego kompleksu z trzema ligazami ubikwitynowymi: SCF (SKP1, Cullin/CDC53, F-BOX), MDM2 (MURINE DUBLE MINUTE 2), COP1 (CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENIC 1). Opisanymi dodatkowo przejawami aktywności CSN są fosforylacja białek (choć nie bezpośrednio) oraz odłączanie białka NEDD8 (NEURAL PRECURSOR CELL-EXPRESSED DEVELOPMENTALLY DOWN-REGULATED 8)  (denedylacja), które to procesy mogą wpływać na stabilność białek współdziałających  z kompleksem CSN. Dodatkowo postuluje się jego udział w transporcie ubikwitynowanych białek z jądra do cytoplazmy i kierowaniu ich do degradacji w proteasomie 26S. CSN tworzy osiem podjednostek, z których dwie zawierają domenę MPN (Mpr1, Pad1p, N-koniec), a pozostałe domenę PCI (Proteasom, Cop9, eIF3). Ta ostatnia jest także elementem charakterystycznym dla dwóch innych wielopodjednostkowych białek, takich jak proteasom 26S i czynnik inicjacji translacji eIF3. Fakt ten, jak również inne opisane w artykule spostrzeżenia, sugerują współdziałanie tych trzech kompleksów w wielopoziomowej kontroli stabilności białek.

Słowa kluczowe: kompleks sygnalny COP9, proteoliza, ligaza ubikwitynowa
 

Wpływ lipidów na aktywność polimeraz DNA

Streszczenie:  Lipidy są ważnym elementem strukturalnym i funkcjonalnym systemu błonowego komórki. Będąc składnikiem zarówno cytoplazmy jak i jądra wpływają na procesy wewnątrzkomórkowe. Obserwowany in vitro efekt tłumienia aktywności wyizolowanych i oczyszczonych polimeraz, związanych z metabolizmem DNA przez kwasy tłuszczowe, lipidy złożone oraz produkty peroksydacji lipidów, może stanowić część składową mechanizmu kontrolującego proliferację i różnicowanie się komórek in vivo.

Słowa kluczowe: polimerazy, kwasy tłuszczowe, lipidy złożone, produkty peroksydacji lipidów
 

Antygen CD34 i komórki CD34 pozytywne

Streszczenie: KHematopoetyczna komórka macierzysta daje początek wielu typom komórek krwi i jest jedną z lepiej scharakteryzowanych komórek macierzystych w organizmie człowieka. Sugeruje się, że komórki macierzyste pochodzące ze szpiku kostnego są zdolne do zapoczątkowania rozwoju wielu typów komórek, włącznie z komórkami nerwowymi, mięśni szkieletowych, mięśnia sercowego, komórek wątrobowych, nabłonka jelit, skóry, płuc i nerek. Najważniejszym pozytywnym markerem dla ludzkich hematopoetycznych i progenitorowych komórek macierzystych jest antygen CD34. Chemicznie, CD34 jest sialomucyną – przezbłonową glikoproteiną. Występuje w dwóch alternatywnych formach: pełnej i skróconej, co jest wynikiem alternatywnego mechanizmu składania mRNA CD34. Sugeruje się, że CD34 pełni rolę w adhezji do zrębu mikrośrodowiska szpiku kostnego. Ekspresję CD34 wykryto na powierzchni śródbłonka małych naczyń krwionośnych. mRNA CD34 był również wykrywany między innymi w wątrobie, śledzionie i grasicy. Wbrew powszechnym dogmatom, ekspresję CD34 wykazano na dojrzałych komórkach tucznych. W ludzkiej krwi obwodowej we frakcji monocytarnej obecne są komórki zwane fibrocytami, których fenotyp charakteryzuje się m.in. obecnością antygenu CD34. W pracy tej przedstawiono najnowsze wyniki badań na temat cząsteczki CD34 i komórek CD34-pozytywnych.

Słowa kluczowe: antygen CD34, struktura, funkcja, komórki CD34 pozytywne, komórki macierzyste.
 

Mikrojądra w komórkach człowieka – powstawanie, zawartość oraz wykorzystanie diagnostyczne i prognostyczne

Streszczenie: Mikrojądra powstają w czasie mitotycznego podziału komórki
i występują w cytoplazmie komórki potomnej w pobliżu jądra komórkowego. Głównymi mechanizmami przyczyniającymi się do ich tworzenia są złamania chromosomów i dysfunkcja aparatu mitotycznego. Mikrojądra mogą zawierać całe chromosomy lub chromatydy, fragmenty acentryczne lub fragmenty chromatyd. Zaobserwowano zmiany w częstości występowania i zawartości mikrojąder w zależności od choroby, procesu starzenia, działania różnorodnych czynników środowiskowych. Analiza liczby i zawartości mikrojąder wykorzystywana jest do oceny stopnia uszkodzeń chromosomów na poziomie pojedynczej komórki i do określania podatności na choroby degeneracyjne
i nowotworowe oraz określania stopnia narażenia na czynniki środowiskowe.

Słowa kluczowe:  mikrojądra, cytochalazyna B, komórki dwujądrowe, aberracje chromosomowe, niestabilność genetyczna.
 

Natura i funkcje ciał Cajala w świetle nowych badań

Streszczenie: Ciała Cajala (ang. Cajal bodies, CBs) po raz pierwszy opisano 100 lat temu w neuronach ssaków. Obecnie wiadomo, że CB są wysoce konserwowaną strukturą występującą w komórkach somatycznych i generatywnych roślin oraz zwierząt. Białkiem znacznikowym CB jest koilina, fosfoproteina najprawdopodobniej odpowiadajaca za umiejscowienie licznych makrocząsteczek w ciałach Cajala. Obecność małych jądrowych RNA (snRNA) w CB wskazuje na udział tej struktury w przestrzennej organizacji elementów biorących udział w składaniu pre-mRNA w komórce eukariotycznej. Dodatkowo, asocjacja z genami  kodującymi snRNA jak i obecność w CB czynników biorących udział w ich transkrypcji oraz dojrzewaniu silnie sugeruje, że ciała Cajala uczestniczą w biogenezie małych jądrowych RNA. Wykazano ponadto przestrzenny i funkcjonalny związek CB z jąderkiem. Prawdopodobnie ciała Cajala uczestniczą także w pewnych etapach ekspresji genów kodujących białka histonowe i małe jąderkowe RNA (snoRNA).

Słowa kluczowe:  ciało Cajala (CB), snRNP, składanie pre-mRNA
 

Białka szoku cieplnego - molekularne perpetuum mobile

Streszczenie: Białka szoku cieplnego [ang. heat shock proteins, HSP] należą do białek o najbardziej konserwatywnej sekwencji aminokwasowej w biosferze. Odgrywają istotną rolę we wszystkich komórkach prokariotycznych i eukariotycznych, chroniąc je przed szkodliwymi konsekwencjami metabolicznymi i środowiskowymi. Spełniają rolę czynników opiekuńczych dla innych białek, biorą udział w fałdowaniu i rozplataniu łańcuchów polipeptydowych, oligomeryzacji, translokacji oraz degradacji. HSP należą do kilku rodzin, gdzie  zostały sklasyfikowane w zależności od ich masy cząsteczkowej, m.in: HSP100 (rodzina 100-kDa), HSP90 (rodzina 90- kDa), HSP70 (rodzina 70-kDa), HSP60 (rodzina 60-kDa ) oraz HSP20 (18-30 kDa). Ekspresję genów kodujących HSP indukuje ekspozycja komórek na działanie wysokiej temperatury oraz innych egzogennych i endogennych czynników, nazywanych stresorami molekularnymi, którymi mogą być: analogi aminokwasów, metale ciężkie, alkohole, wolne rodniki, wiele trucizn metabolicznych, zakażenie wirusowe i bakteryjne, niedobór glukozy, cytokiny, promieniowanie UV i inne. W tym artykule dokonano ogólnej charakterystyki HSP zwracając uwagę na ich szczególny udział w modyfikowaniu odpowiedzi immunologicznej oraz możliwy związek z wieloma stanami chorobowymi.

Słowa kluczowe: białka szoku cieplnego, odporność, apoptoza
 

Imprinting genomowy u roślin

Streszczenie: Zjawisko imprintingu genomowego występuje zarówno u zwierząt (ssaków) jak i roślin (roślin kwiatowych) i polega na pozornie nierównocennej ekspresji alleli genów pochodzących od ojca i matki u osobników potomnych;  allele pochodzące od jednego z rodziców są wyciszone. Niniejszy artykuł przedstawia zagadanienia związane z imprintingiem genomowynm u roślin. U roślin kwiatowych zarodek i bielmo powstają w wyniku podwójnego zapłodnienia, procesu charakterystycznego tylko dla tej grupy roślin. Imprinting genomowy u roślin odnosi się do rozwoju bielma, a nie zarodka w przeciwieństwie do zwierząt, u których konsekwencją imprintingu jest nieżywotność zarodków ssaczych powstałych jednorodzicielsko czyli przy udziale jedynie jednego genomu męskiego (androgeneza) bądź żeńskiego (partenogeneza/gynogeneza). Na podstawie badań genetycznych i molekularnych wykryto istnienie tzw. genów wykazujących efekt matczyny, ulegających ekspresji w diploidalnym sporoficie lub w haploidalnym żeńskim gametoficie. Zidentyfikowano kilka takich genów odpowiedzialnych za rozwój nasion u Arabidopsis i Zea. Od kilku lat największe zainteresowanie budzi grupa genów opisanych dla Arabidopsis: MEDEA (MEA), FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED2 (FIS2) i FERTILIZATION-INDEPENDENT ENDOSPERM (FIE), które są odpowiedzialne za zablokowanie podziałów jądra komórki jajowej i komórki centralnej przed zapłodnieniem. Badania wczesnych stadiów embriogenezy u Arabidopsis wykazały, że ekspresja alleli ojcowskich jest opóźniona w czasie rozwoju nasion dzięki imprintingowi genomowemu. Z danych tych wynika,  że przy braku ekspresji alleli ojcowskich, pierwsze podziały zygoty są pod wyłączną kontrolą alleli matczynych. Zróżnicowaną ekspresję matecznych i ojcowskich alleli wykryto w przypadku 20 genów u Arabidopsis, ulegających ekspresji podczas wczesnych etapów rozwoju nasion. Mechanizmem odpowiedzialnym za imprinting u roślin są, podobnie jak postulowano dla zwierząt, zmiany w metylacji cytozyny, ale także paramutacje i wyciszanie transgenowe. Przedstawiono również znaczenie imprintingu genomowego w rozmnażaniu roślin, a szczególnie w apomiksji.

Słowa kluczowe:   rośliny, genomowy imprinting, metylacja DNA, białka Polycomb, bielmo, zarodek, apomiksja
 

Oligo- i monomeryczne ligazy ubikwitynowe E3 z domeną RING finger – budowa i działanie

Streszczenie: W artykule podano podstawowe informacje na temat proteolizy zachodzącej z udziałem układu ubikwityna/proteasom 26S, ściśle regulowanego procesu niezbędnego dla prawidłowego funkcjonowania komórek. Skoncentrowano się na omówieniu białek zawierających domenę RING finger i funkcjonujących jako ligazy ubikwitynowe E3, dołączające ubikwitynę do białek przeznaczonych do degradacji w proteasomie. Podkreślono niezbędność domeny RING finger w działaniu oligo- (SCF, Parkina, VCB, APC/C) i monomerycznych (c-Cbl, MDM2, BRCA1, CHFR, IAP) ligaz ubikwitynowych. Zwrócono uwagę, że zaburzenia ekspresji i działania ligaz ubikwitynowych mogą leżeć u podstaw różnych schorzeń.

Słowa kluczowe: proteoliza, ubikwityna, proteasom 26S, ligazy ubikwitynowe E3, domena RING finger