Postępy Biologii Komórki, tom 32, 2005, supl. 23

Nagroda Nobla 2006 za fundamentalne odkrycia w regulacji ekspresji genów u eukariontów

Streszczenie: W 2006 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny/fizjologii otrzymali dwaj amerykańscy badacze Andrew Fire i Craig Mello za fundamentalne odkrycia w regulacji ekspresji genów u eukariontów. Dowiedli, że obecność dwuniciowego RNA w komórkach indukuje mechanizm prowadzący do specyficznego wyciszenia aktywności genu. Mechanizm ten nazwali interferencją RNA (RNAi). Dwuniciowy RNA jest w komórce rozcinany na krótkie, efektorowe RNA, zwane siRNA, które doprowadzają do wybiórczej degradacji docelowego mRNA. Proces zachodzi w cytoplazmie. Dwuniciowe RNA mogą pojawić się w komórce między innymi na skutek infekcji wirusowej lub jako produkty transkrypcji retrotranspozonów lub sekwencji nukleotydowych o odwróconej orientacji. Mechanizm ten obserwuje się u niemal wszystkich eukariontów, a jego pierwotnym zadaniem była najprawdopodobniej obrona komórki przed inwazyjnymi formami kwasów nukleinowych. Krótkie cząsteczki RNA są również kodowane przez jądrowe genomy eukariontów. Ich sposób działania jest bardzo podobny do sposobu działania siRNA. Są zaangażowane w regulację rozwoju oraz w odpowiedź komórki na zmiany w otoczeniu.

Hepcydyna – hormon uczestniczący w regulacji metabolizmu żelaza w organizmie

Streszczenie: Hepcydyna jest przeciwbakteryjnym peptydem syntetyzowanym głównie w hepatocytach i wydzielanym do krążenia w postaci prohormonu. Najnowsze badania wykazały, że hepcydyna jest hormonem regulującym homeostazę żelaza w organizmie. Brak ekspresji genu hepcydyny prowadzi do nadmiernego gromadzenia się żelaza w organizmie, podczas gdy zwiększona ekspresja związana jest z niedoborem żelaza prowadzącym do pojawienia się niedokrwistości. Synteza hepcydyny jest stymulowana przez zwiększoną zawartość żelaza w diecie lub stany zapalne, natomiast niedobór żelaza w diecie, anemia i hipoksja hamują syntezę tego peptydu. Badania wskazują, że hepcydyna jest negatywnym regulatorem wchłaniania żelaza pokarmowego oraz uwalniania żelaza z makrofagów układu siateczkowo-śródbłonkowego. Zależność pomiędzy żelazem i hepcydyną ulega zaburzeniu u pacjentów z hemochromatozą i niedokrwistością chorób przewlekłych. Dokładne poznanie roli hepcydyny może prowadzić do zastosowania nowych metod leczenia zaburzeń metabolizmu żelaza.

Słowa kluczowe: hepcydyna, metabolizm żelaza, niedokrwistość chorób przewlekłych, HFE, hemochromatoza

Streszczenie: 70 lat temu Mikhail Chailakhyan zaproponował hormonalną teorię kwitnienia uważając, że w liściach powstaje specyficzny hormon kwitnienia, florigen, który transportowany jest następnie do wierzchołka wzrostu. Poszukiwanie mitycznego florigenu zakończyło się niepowodzeniem. Badania wykazały jednak, że u podstaw indukcji kwitnienia leży współdziałanie grupy genów charakteryzujących się wysoką aktywnością w obrębie komórek wiązek przewodzących. Mobilny sygnał kwitnienia może być produktem jednego z tych genów bądź to w formie transkryptu mRNA, bądź białka.

Streszczenie: Cykliczny adenozyno-3’:5’-monofosforan i cykliczny guanozyno-3’:5’-monofosforan, potocznie znane jako cAMP i cGMP, są wtórnymi przekaźnikami informacji, których obecność została opisana u wielu organizmów rozpoczynając od bakterii, a na człowieku kończąc. Cykliczny AMP i GMP są produkowane z ATP i GTP w wyniku działania cyklaz adenylanowych i guanylanowych, natomiast ich dezaktywacja związana jest z fosfodiesterazami cyklicznych nukleotydów. W ostatnich latach udokumentowano obecność cyklicznych nukleotydów w tkankach roślinnych, jak również opisano obecność enzymów związanych z ich metabolizmem. W niniejszej pracy przedstawiliśmy dane dotyczące obecności i przemian metabolicznych, jakim podlegają cykliczne nukleotydy w komórkach roślinnych, równocześnie opisaliśmy główne procesy, w których one uczestniczą.

Streszczenie: Białka tworzące strukturę beczułki b występują w błonie zewnętrznej bakterii Gram-ujemnych oraz w błonie zewnętrznej organelli pochodzenia endosymbiotycznego, tj. mitochondriów i chloroplastów, gdzie mogą pełnić różne funkcje. Mitochondrialne białka o strukturze beczułki b biorą udział w imporcie białka, transporcie metabolitów oraz w regulacji morfologii i dystrybucji mitochondriów. Białka te uznaje się także za istotny element ewolucji mitochondriów. Mechanizm wbudowywania białek tworzących strukturę beczułki b w błonę zewnętrzną mitochondriów i bakterii Gram-ujemnych został niedawno opisany. Co więcej, wykazano, iż uległ on utrwaleniu w toku ewolucji. W przypadku mitochondriów w procesie tym uczestniczy kompleks TOB/SAM (topogeneza białek zewnętrznej błony mitochondrialnej tworzących strukturę beczułki b/maszyneria sortowania i składania białek), tworzony przez trzy podstawowe białka: Tob55 (Sam50), Tob38 (Sam35) i Mas 37 (Sam37). Wyniki analizy filogenetycznej wskazują, iż białko Tob55 pochodzi od bakteryjnego białka Omp85, podczas gdy inne mitochondrialne białka o strukturze beczułki b nie mają homologów wśród białek bakteryjnych.

Słowa kluczowe: mitochondria, biogeneza, ewolucja, beczułka b, kompleks TOB/SAM.

Streszczenie: Analiza płodowych komórek oraz DNA wyizolowanych z krwi obwodowej matki stwarza nadzieję na stworzenie nowej bezinwazyjnej metody badań prenatalnych. Różne typy komórek były rozważane jako cel w tych badaniach. Prawdopodobnie płodowe komórki i kwasy nukleinowe przechodzą do krwi matki podczas każdej ciąży. Mogą one utrzymywać się we krwi lub tkankach matki przez lata, będąc źródłem fizjologicznego mikrochimeryzmu. Badania pokazały, że zmiany w tych dwóch parametrach mogą pojawić się, gdy wystąpią stany patologiczne ciąży oraz płodu. Mikrochimeryzm jest prawdopodobnie zaangażowany w patologię chorób autoimmunologicznych i chorób, na które preferencyjnie częściej zapadają kobiety i długoterminowe konsekwencje tego zjawiska dla zdrowia matki zaczynają być badane. Wprowadzenie do praktyki klinicznej testów prenatalnych z użyciem płodowych komórek oraz płodowego DNA wymaga jeszcze dużego nakładu pracy i rozwiązania wielu problemów związanych z niewystarczającą czułością dostępnych technik.

Słowa kluczowe: mikrochimeryzm, choroby autoimmunologiczne, komplikacje ciąży, diagnostyka prenatalna

Streszczenie: Paprocie jednakozarodnikowe wytwarzają tylko jeden typ haploidalnych zarodników, jednakże każdy z nich jest potencjalnie obupłciowy i może rozwinąć się w męski lub obojnaczy gametofit. Determinacja płci u tych paproci odbywa się często przy udziale mechanizmów epigenetycznych, w których kluczową rolę spełniają anterydiogeny wydzielane przez obojnacze gametofity i indukujące płeć męską u płciowo niezdeterminowanych osobników. Analizy determinacji płci w gametofitach u Ceratopteris richardii, jednego z modelowych gatunków pozwoliły zaproponować hipotetyczny mechanizm współdziałania przynajmniej ośmiu genów w określaniu rodzaju płci z udziałem endogennego anterydiogenu. Natomiast w gametofitach innego modelowego gatunku paproci, Anemia phyllitidis, płeć męska może być indukowana przez kwas giberelinowy, który imituje działanie naturalnego dla tego gatunku anterydiogenu, kwasu anterydiowego. Kwas giberelinowy wywołuje specyficzne, cytomorfologiczne efekty, które pozwoliły na opracowanie trójstrefowego modelu budowy gametofitu A. phyllitidis. Ostatnie badania wykazały, że determinacja płci u tego gatunku odbywa się przy współudziale etylenu, który wydaje się być mediatorem działania giberelin w tym procesie. Prawdopodobny mechanizm takiej regulacji zaprezentowano w pracy.

Słowa kluczowe: Anemia phyllitidis, anterydiogeny, etylen, kwas giberelinowy, determinacja płci

Permeazy AUX/LAX, transportery ABC i białka PIN w polarnym transporcie auksyn

Streszczenie: Transport auksyn odgrywa kluczową rolę w regulacji procesów wzrostu i rozwoju roślin. Tylko niewielka część auksyn jest transportowana między komórkami w drodze dyfuzji przez błonę komórkową, natomiast występująca w przewadze forma anionowa transportowana jest za pośrednictwem specyficznych nośników. W ostatnich latach udało się zidentyfikować kilka grup białek pośredniczących w polarnym transporcie auksyn. Poznano także w ogólnym zarysie rolę układu transportu pęcherzykowego w asymetrycznej lokalizacji tych białek w błonie komórkowej. Ukierunkowana relokacja nośników w komórce regulowana jest przez kinazy i fosfatazy białkowe, a przypuszczalnie także przez zmieniający się w błonie profil fosfolipidów i steroli.

Ekspresja STAT3 w limfocytach b prawidłowych i transformowanych nowotworowo

Streszczenie: Ludzki protoonkogen STAT3 koduje czynnik transkrypcyjny, który bierze udział w procesach embriogenezy, proliferacji i różnicowania wielu typów komórek, jak również w regeneracji i inwolucji narządów. Reguluje także mechanizmy wrodzonej i nabytej odporności, w tym dojrzewanie limfocytów B. Zwiększoną aktywność białka STAT3 stwierdzono zarówno w nieodwracalnie ukierunkowanych prekursorach limfocytów B, jak i plazmocytach. Nieprawidłowy przekaz sygnału za pośrednictwem białka STAT3 zaobserwowano w dużej liczbie nowotworów, w których indukuje ono transkrypcję genów związanych z hamowaniem apoptozy lub warunkujących postęp cyklu komórkowego. W wielu typach nowotworów, także tych o pochodzeniu limfoidalnym, białko STAT3 ułatwia rozprzestrzenianie się guza przez stymulację angiogenezy i hamowanie odpowiedzi przeciwnowotworowej. STAT3 można uznać za idealny cel interwencji terapeutycznej.

Słowa kluczowe: białko STAT3, limfocyty B, apoptoza, proliferacja komórki, chłoniak

Streszczenie: Endotoksyna (lipopolisacharyd, LPS) bakterii Gram-ujemnych stanowi ważny czynnik zapalenia. Stymuluje komórki zapalne, w tym płytki krwi, do produkcji mediatorów zapalnych. Niekontrolowany rozwój reakcji zapalnych może doprowadzić do zaburzenia homeostazy organizmu, powodować sepsę i szok septyczny, a w konsekwencji nawet śmierć organizmu. Płytki krwi odgrywają istotną rolę nie tylko w prawidłowym przebiegu hemostazy, ale także w zapaleniu oraz w patogenezie szoku septycznego. W wyniku aktywacji płytek dochodzi do ich adhezji, agregacji i sekrecji aktywnych biologicznie czynników płytkowych. LPS powoduje aktywację płytek poprzez udział mediatorów zapalnych i przypuszczalnie ma również zdolność bezpośredniego oddziaływania z płytkami krwi. W prezentowanej pracy opisano udział płytek w stanach zapalnych i w biologicznej aktywności lipopolisacharydu oraz przedstawiono reakcję płytek na bezpośrednie działanie LPS.

Słowa kluczowe: płytki krwi, aktywacja płytek krwi, lipopolisacharyd (LPS, endotoksyna), stan zapalny

Regulacja pobierania pokarmu na poziomie ośrodkowego układu nerwowego u otyłych szczurów zucker (fa/fa) – rola leptyny

Streszczenie: Celem prezentowanej pracy jest charakterystyka zaburzeń w ośrodkowym układzie nerwowym (OUN) szczurów określanych jako fa/fa Zucker, u których w wyniku upośledzonego funkcjonowania leptyny obserwuje się gwałtowny rozwój otyłości. Szczury fa/fa mają defekt w genie kodującym receptor leptyny polegający na pojedynczej zamianie adeniny na cytozynę w pozycji 806 domeny zewnątrzkomórkowej receptora i w rezultacie kodowania proliny zamiast glutaminy (Gln269Pro). W następstwie mutacji zaburzona jest regulacja pobierania pokarmu, która spowodowana jest prawdopodobnie brakiem funkcjonalnych receptorów i/lub leptyny w OUN. U szczurów tych obserwuje się zachwianie homeostazy energetycznej i dramatyczny przyrost masy ciała. Pomimo wysokiego poziomu leptyny we krwi zwierzęta te są niewrażliwe (oporne) na krążący w organizmie hormon, który w normalnych warunkach, produkowany głównie przez tkankę tłuszczową, docierając do mózgu zmniejsza pobieranie pokarmu i wpływa na wzrost zużycia energii przez organizm. Udział leptyny w regulacji pobierania pokarmu i homeostazy energetycznej organizmu obejmuje interakcje z wieloma systemami hormonalnymi na poziomie OUN, a w prezentowanej pracy przeglądowej wykazano, że w mózgu szczura fa/fa występują nieprawidłowości w ekspresji genu i/lub białka neuropeptydu Y, oreksyn, peptydu CART czy białka AgRP. W mózgu otyłych szczurów fa/fa obserwuje się wyraźny spadek koncentracji insuliny oraz jej receptorów. Ponadto, u szczurów tych stwierdzono również zredukowaną liczbę glukozo-wrażliwych neuronów, a wykorzystanie glukozy było wyraźnie zmniejszone w różnych rejonach mózgu. Prezentowane dane są częścią skomplikowanego i nie do końca wyjaśnionego mechanizmu regulującego zachowania żywieniowe u szczurów fa/fa.

Słowa kluczowe: oreksyny, neuropeptyd Y, leptyna, peptyd CART, melanokortyna, insulina, neurony wrażliwe na glukozę

Streszczenie: Fitoestrogeny to biologicznie aktywne związki występujące w licznych roślinach. Razem z mykoestrogenami i ksenoestrogenami tworzą grupę tzw. estrogenów środowiskowych, mogących oddziaływać na wiele procesów zachodzących w organizmach zwierzęcych. W niniejszym artykule przedstawiono próbę uporządkowania współczesnej wiedzy dotyczącej klasyfikacji i występowania fitoestrogenów w przyrodzie oraz ich metabolizmu i działania biologicznego u samic.

Słowa kluczowe: fitoestrogeny, genisteina, daidzeina, metabolizm, procesy rozrodcze, steroidogeneza, rak piersi, osteoporoza, menopauza, choroby naczyniowe, samica

Fitoestrogeny. II. Wewnątrzkomórkowy mechanizm działania w układzie rozrodczym samicy

Streszczenie: Fitoestrogeny to występujące w wielu roślinach związki chemiczne, które m.in. mogą wpływać na procesy rozrodcze ludzi i zwierząt. W komórkach docelowych mogą naśladować działanie estrogenów endogennych (działanie estrogenne), jak również działać w stosunku do nich antagonistycznie (działanie antyestrogenne). W prezentowanej pracy przedstawiono współczesne poglądy na wewnątrzkomórkowy mechanizm działania fitoestrogenów w komórkach jajnika, macicy i gruczołu mlekowego.

Słowa kluczowe: fitoestrogeny, genisteina, daidzeina, wewnątrzkomórkowa transdukcja sygnału, receptory estrogenowe, działanie estrogenne, działanie antyestrogenne, samica