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

Lipotubuloidy – domeny cytoplazmy bogate w kule lipidowe oplecione systemem mikrotubul, aktywne w syntezie lipidów

Streszczenie: Lipotubuloidy były dotychczas opisywane jedynie u śniedka (Ornithogalum umbellatum), ostatnio ich obecność stwierdzono również u hemantusa (Haemanthus albiflos). Są to domeny cytoplazmy, w których zgromadzona jest wielka liczba kul lipidowych oplecionych systemem mikrotubul. Mikrotubule te łączą ze sobą pojedyncze kule lipidowe, wskutek czego lipotubuloid porusza się w komórce jako jedno ciało. Jest ono otoczone na znacznej powierzchni tonoplastem, gdyż wpukla się w wakuolę komórki. Oprócz kul lipidowych i mikrotubul w obszarze lipotubuloidów występują rybosomy, retikulum endoplazmatyczne, a także pojedyncze mitochondria, struktury Golgiego i mikrociała (peroksysomy lub glioksysomy), a w końcowych stadiach ich rozwoju również wakuole autolityczne zawierające kwaśną fosfatazę i lipazę. Lipotubuloidy przemieszczają się w komórce ruchem postępowo-rotacyjnym. Obroty odbywające się w różnych kierunkach są generowane przez autonomiczne siły motoryczne. Prędkość obrotowa lipotubuloidów jest bowiem wielokrotnie większa niż dynamika ruchu cytoplazmy, a zablokowanie cyklozy 2,4-dwunitrofenolem nie powoduje równoczesnego zablokowania ruchów obrotowych lipotubuloidów, które są kontynuowane przez pewien czas i stopniowo wygaszane. Lipotubuloidy są miejscem aktywnego włączania 3H-kwasu palmitynowego do lipidów. Rozpraszanie się ziaren srebra, po przeniesieniu materiału do środowiska nieradioaktywnego po uprzedniej inkubacji w radioaktywnym kwasie palmitynowym, świadczy o wykorzystywaniu i metabolizowaniu lipidów przez komórkę, gdyż ziarna te nie zanikają całkowicie po ekstrakcji lipidów rozpuszczalnikami tłuszczów. Autoradiografia na poziomie mikroskopu elektronowego dowodzi, że miejscem aktywnym w syntezie lipidów jest powierzchnia kul lipidowych, do której przylegają mikrotubule, współuczestniczące prawdopodobnie w tej syntezie.

Słowa kluczowe: lipotubuloid, kule lipidowe, mikrotubule, synteza lipidów, obrotowy ruch autonomiczny

PI(4,5)P₂, unikatowy lipid błony komórkowej: różnorodność funkcji i mnogość białek efektorowych

Streszczenie: Fosfatydyloinozytolo-4,5-bisfosforan [PI(4,5)P₂] jest lipidem występującym głównie w wewnętrznej warstwie błony komórkowej. Lipid ten kontroluje aktywność wybranych kanałów i pomp błonowych, a także moduluje działanie wielu białek podbłonowych, w tym białek cytoszkieletu aktynowego. W wyniku hydrolizy i fosforylacji PI(4,5)P₂ powstają trzy przekaźniki drugiego rzędu: IP₃, DAG i PI(3,4,5)P₃. Zarówno PI(4,5)P₂, jak i jego pochodne uczestniczą w transdukcji sygnałów i kontrolują takie procesy, jak: migracja komórek, egzo-, endo- i fagocytoza oraz transport jonów. Wielofunkcyjność PI(4,5)P₂ wskazuje na istnienie wielu odrębnych puli tego lipidu w błonie komórkowej, które powstają w wyniku lokalnej syntezy PI(4,5)P₂ i ograniczeń w dyfuzji lateralnej PI(4,5)P₂ wynikającej z wiązania lipidu przez białka podbłonowe, takie jak: MARCKS i GAP-43. Głównym źródłem PI(4,5)P₂ jest reakcja fosforylacji PI(4)P katalizowana przez PIP5-kinazy typu I. PIP5-kinaza Ia asocjuje z błoną komórkową wiążąc się do swojego substratu, PI(4)P oraz do produktu – PI(4,5)P₂. Szereg doniesień wskazuje, że zarówno PI(4,5)P₂, jak i PIP5-kinaza Ia zbierają się w błonie komórkowej w obrębie mikrodomen wzbogaconych w sfingolipidy i cholesterol. Interakcja PI(4,5)P₂ z białkami efektorowymi zachodzi drogą oddziaływań lipidu z sekwencjami białkowymi bogatymi w aminokwasy zasadowe lub z ustrukturyzowanymi domenami, wśród których szczególnie dużą specyficzność wobec PI(4,5)P₂ wykazuje domena plekstrynowa (PH) fosfolipazy Cr1. Rekombinowane białka fuzyjne zawierające tę domenę stosowane są jako narzędzia w badaniach nad dynamiką PI(4,5)P₂ w komórce.

Słowa kluczowe: fosfatydyloinozytolo-4,5-bisfosforan, domena plekstrynowa, błona komórkowa

Pochodne wanadu jako związki o istotnym znaczeniu biologicznym. Część I. Działanie przeciwcukrzycowe

Słowa kluczowe: związki wanadu, działanie insulino-naśladowcze, przeciwcukrzycowe właściwości, zastosowanie w leczeniu ludzi

Pochodne wanadu jako związki o istotnym znaczeniu biologicznym. Część II. Wpływ na komórki nowotworowe

Słowa kluczowe: związki wanadu, komórki nowotworowe, działanie pro- i antynowotworowe

Streszczenie: W artykule przedstawiono informacje dotyczące rozpoznawania przez komórki wolnej hemoglobiny – Hb i jej kompleksu z haptoglobiną – Hb-Hp, na podstawie badań cytowanych w literaturze ostatnich lat. Zaproponowano istnienie specyficznego receptora pośredniczącego w endocytozie kompleksu Hb-Hp w komórkach parenchymalnych wątroby, na podstawie badania wiązania, wychwytu i degradacji przez izolowane błony plazmatyczne i hepatocyty szczurze. Uważa się, że izolowane komórki parenchymalne wiążą wolną Hb i kompleks Hb-Hp, ale z niskim stopieniem wychwytu. Niedawno zidentyfikowano receptor uczestniczący w wychwycie kompleksów Hb-Hp, który jest identyczny z receptorem CD163, obecnym na powierzchni makrofagów tkankowych oraz na monocytach wyizolowanych z krwi. Rozpoznanie i endocytoza hemoglobiny i jej kompleksu z haptoglobiną przez receptor CD163/HbSR jest pierwszą fizjologiczną funkcją przypisaną białku HbSR w grupie B receptorów zmiatających. Natomiast molekularny mechanizm wychwytu wolnej hemoglobiny w cewce proksymalnej przebiega z udziałem endocytarnych receptorów megaliny i kubiliny. Artykuł ten przedstawia w sposób usystematyzowany wiedzę na temat struktury i funkcji receptora CD163/HbSR dla Hb i jej kompleksu z Hp na powierzchni monocytów/makrofagów oraz receptorów megaliny i kubiliny jako układu wychwytu hemoglobiny w cewkach proksymalnych nerek.

Słowa kluczowe: receptor dla hemoglobiny, monocyty/makrofagi, hepatocyty, megalina-kubilina, haptoglobina

Streszczenie: Receptor CD163 monocytów/makrofagów wiążąc hemoglobinę i jej kompleksy z haptoglobiną (Hb-Hp), włącza ten receptor do grupy receptorów „zmiatających” dla hemoglobiny (HbSR). Poprzez wychwyt i internalizację hemoglobiny następuje usuwanie żelaza jako czynnika indukującego reakcje wolnorodnikowe oraz jako czynnika zwiększającego wzrost i patogenność bakterii. Rozpuszczalny receptor sCD163/HbSR jest odcinany z powierzchni monocytów przez molekularne wzorce związane z patogenami w tym samym czasie, w którym prawdopodobnie zachodzi hemoliza i tworzenie kompleksów Hb-Hp. Następstwa infekcji włączają dodatkowe funkcje, szczególnie przeciwzapalne, dla CD163/HbSR, poza wiązaniem i internalizacją kompleksów Hb-Hp. Początkowa wrodzona odpowiedź immunologiczna na infekcję wpływa na syntezę prozapalnych cytokin, by rekrutować nowe leukocyty do obszarów tkanki zapalnej oraz dodatkową produkcję przeciwzapalnych mediatorów, które pomagają ograniczyć miejscowe uszkodzenie tkanki. Mediatory przeciwzapalne, takie jak glikokortykoidy i interlukina-10, znacznie zwiększające ekspresję CD163/HbSR na powierzchni komórki, natomiast prozapalne cytokiny: czynnik martwicy nowotworów TNF-a i interferon-g przeciwnie tłumią jego ekspresję. Zmniejszona ekspresja powierzchniowego receptora CD163/HbSR może dodatkowo zredukować udział zinternalizowanej Hb w komórkowej puli żelaza, tym samym ograniczając wzrost wewnątrzkomórkowych patogenów zależny od tego składnika.

Słowa kluczowe: hemoglobina, receptor CD163/HbSR, infekcja, wrodzona odpowiedź immunologiczna, haptoglobina

Udział i rola białek szoku termicznego (HSP) w patogenezie chlamydioz i chlamydofiloz u ludzi i zwierząt

Streszczenie: Białka szoku termicznego (HSP) stanowią konserwatywną grupę białek i produkowane są przez komórki prokariotyczne i eukariotyczne w odpowiedzi na bodźce zewnętrze. Białka HSP podzielono na sześć grup ze względu na ich masę cząsteczkową. W zakażeniach chlamydialnych opisano udział trzech grup: HSP10, HSP60 i HSP70. Wykazano, że związane są one zarówno z pierwotnymi, jak i wtórnymi zakażeniami Chlamydia (C.) trachomatis i Chlamydophila (Cp.) pneumoniae. Białka HSP stymulują komórki układu odpornościowego, w wyniku czego następuje zwiększona synteza cytokin prozapalnych (IFNg, TNFa, IL-1b, IL-6, IL-8, IL-10, IL-12, IL-23), które są czynnikami wzmagającymi patogenne działanie tych bakterii, co wykazano w doświadczalnych zakażeniach na zwierzętach. Współdziałanie chlamydialnego i ludzkiego HSP60 wzmaga patogenne działanie m.in. Cp. pneumoniae, co ma duże znaczenie w chorobie wieńcowej. Z drugiej strony oznaczanie przeciwciał anty-HSP w surowicy może wskazywać na zakażenie chlamydiami i chlamydofilami, co ma znaczenie w chorobach, w których te bakterie są kofaktorami. Reasumując należy stwierdzić, że białka szoku termicznego są zarówno elementem związanym z patogennością, a z drugiej mogą być elementem stosowanym w diagnostyce schorzeń chlamydialnych.

Słowa kluczowe: HSP, Chlamydia (C.) trachomatis, Chlamydophila (Cp.) pneumoniae.

Słowa kluczowe: receptor Toll-podobny (TLR), wzorzec molekularny związany z patogenami (PAMP), odporność nieswoista, odporność swoista, limfocyt T regulatorowy (Treg), komórka dendrytyczna (DC)

Streszczenie: Plazmodesmy, czyli kanały cytoplazmatyczne, które znajdują się w ścianach komórkowych, zapewniają łączność symplastową pomiędzy protoplastami sąsiadujących ze sobą komórek roślinnych. Liczne badania wykazały, iż plazmodesmy pełnią ważną rolę w procesach rozwoju i różnicowania się komórek. Z kolei przez zmianę liczby bądź średnicy plazmodesm, co wiąże się z regulacją ich przepuszczalności dla określonych substancji, roślina może kontrolować wspomniane procesy. Każdego roku pojawiają się nowe doniesienia świadczące o tym, jak istotną rolę plazmodesmy odgrywają w zjawiskach komunikowania się komórek, a także w kontroli mechanizmów prowadzących do ich specjalizacji. U podstaw znaczenia komunikacji symplastowej w różnicowaniu komórek leżą wyniki doświadczeń wskazujących na możliwość przemieszczania się tą drogą białek i cząstek RNA. W pracy połączono ze sobą informacje o białkach CPC oraz GL3/EGL3, dla których opisano już wcześniej możliwość przemieszczania się przez plazmodesmy i najnowsze propozycje modeli genetycznej kontroli różnicowania komórek epidermy korzenia Arabidopsis thaliana. Przedstawione publikacje pozwalają wnioskować, iż wymienione białka mogą odgrywać znaczącą rolę w procesach specjalizacji komórek. Jeden z opisywanych modeli jest oparty na bardzo ciekawym Mechanizmie Wzajemnego Wsparcia, który zakłada swego rodzaju „wspieranie się” komórek włośnikowych i niewłośnikowych w realizowaniu przeciwnych programów rozwojowych. Oznacza to, iż wystarczy zainicjowanie procesu różnicowania w jednym rzędzie komórek, a one oddziałując z komórkami rzędów sąsiednich, przez transport białek, skierują je na inną drogę specjalizacji. Przy tym mechanizm ten możliwy jest tylko dzięki włączeniu się białek transportowanych symplastowo w procesy regulacji aktywności ekspresji genów w komórce docelowej. To właśnie produkty tych genów, kontrolowanych przez białka przemieszczające się plazmodesmami, w dalszej kolejności decydują o przyszłych losach komórki. Dodatkowo opisano dwa inne modele genetycznej kontroli różnicowania się komórek epidermy korzenia, zaproponowane niemal równocześnie z Mechanizmem Wzajemnego Wsparcia przez niezależne zespoły naukowców. Każdy z modeli obejmuje grupę jednakowych genów zaangażowanych w przebieg procesu specjalizacji komórek. Jednak występują różne ich zależności i odmienne geny jako ostatecznie decydujące o losach komórek. Cechą wspólną modeli jest obecność genów kodujących białka mające możliwość przemieszczania się przez plazmodesmy (CPC i GL3/EGL3) oraz uwzględnienie ich transportu symplastowego jako kluczowego w inicjowaniu procesu różnicowania komórek. Osobno przedstawiono informacje dotyczące różnicowania się komórek epidermy liścia Arabidopsis, która reprezentuje analogiczny do epidermy korzenia obiekt badań. Także w tym wypadku z grupy początkowo podobnych komórek rozwijają się dwa odmienne ich typy: wytwarzające trichomy i niewytwarzające ich. Na szczególną uwagę zasługuje fakt, iż część genów zaangażowanych w proces specjalizacji komórek jest identyczna z tymi odpowiadającymi za różnicowanie komórek epidermy korzenia. Do części wspólnej genów zalicza się także te kodujące białka transportowane symplastowo. Trzeba dodać, że tylko dla niektórych z tych białek udowodniono możliwość przemieszczania się przez plazmodesmy między komórkami epidermy liścia. Jednocześnie odkryto białko (TTG1), którego transport symplastowy charakterystyczny jest jak na razie tylko dla liścia. Prowadzone badania wykazały, że jest to transport aktywny, co oznacza, iż białko to potrafi zwiększać średnicę plazmodesmy, tak by możliwe było jego przemieszczanie się w obrębie epidermy. Ponieważ TTG1 odpowiada za wykształcenie włoska, musi nastąpić jego kumulacja w określonych komórkach, co wiąże się z ograniczeniem jego ilości w komórkach sąsiednich. Wskutek tego niemożliwe jest zainicjowanie rozwoju trichomów w pobliżu komórki z wykształconym już włoskiem, co odpowiada „wspieraniu się” komórek w zapoczątkowywaniu różnych programów rozwojowych opisanych dla korzenia. Badania przedstawione w artykule wskazują, że poznajemy ciągle nowe białka mające zdolność do przemieszczania się między komórkami. Dodatkowo białka te mogą wpływać na procesy specjalizacji odmiennych typów komórek w różnego rodzaju organach, jak np. opisane w pracy CPL3. Wszystkie te informacje wyraźnie wskazują, jak intensywnie badane są mechanizmy inicjacji i przebiegu różnicowania się komórek oraz genów kontrolujących te procesy. Uwagę zwraca grupa genów kodująca białka transportowane symplastowo, co sugeruje, że mogą one stanowić kluczowy, a przede wszystkim uniwersalny czynnik odpowiadający za ustalanie przyszłych losów komórek. Szczególnie interesujące jest podobieństwo prezentowanego Mechanizmu Wzajemnego Wsparcia w epidermie korzenia oraz zbliżonego do niego modelu różnicowania komórek epidermy liścia zależnego od akumulacji TTG1. Dowodzi to nie tylko ważnej roli transportu symplastowego w procesie specjalizacji, ale także wyraźnie wskazuje na znaczenie roli plazmodesm w kontroli przestrzennego rozmieszczenia różnych typów komórek w swoim bezpośrednim sąsiedztwie.

Słowa kluczowe: symplast, transport symplastowy, różnicowanie komórek, Mechanizm Wzajemnego Wsparcia

Streszczenie: Praca dotyczy ważnego procesu biologicznego, jakim jest autofagia – filogenetycznie stary i konserwatywny mechanizm, którego rola łączy się m.in. z eliminowaniem uszkodzonych i (lub) zużytych części komórki w celu zapobiegania jej całkowitej degradacji. Proces autofagii, będąc jednym z czterech podstawowych mechanizmów śmierci komórki, wymaga działania szeregu genów i czynników wspomagających. W obrębie autofagii wyróżnia się makroautofagię, mikroautofagię, autofagię specyficzną i autofagię zależną od chaperonów. Makroautofagia polega na usuwaniu z komórki fragmentów lub organelli przez formowanie autofagosomu; mikroautofagia to proces dotyczący eliminowania mniejszych elementów komórki przez inwaginację błony lizosomalnej; autofagia specyficzna zachodzi jedynie w peroksysomach, zaś autofagia zależna od chaperonów zachodzi tylko w obecności białek szoku termicznego (hsp). Zjawisko autofagii odgrywa ważną rolę w mechanizmach odporności nabytej oraz wrodzonej. Udział tego procesu zarejestrowano w zakażeniach bakteryjnych, a także wirusowych, a w procesie tych biorą udział m.in. receptory TLR. Ponadto proces autofagii odgrywa ważną rolę zarówno w stanach fizjologicznych, gdzie wykazano jego rolę w stresie i okresie okołoporodowym, jak i patologicznych w wielu schorzeniach, takich jak: choroby nowotworowe, choroby wątroby, mięśni, układu nerwowego, a także w chorobie Crohna.

Rola peptydów w selektywnym dostarczaniu antracyklin do komórek nowotworowych

Streszczenie: Doksorubicyna (DOX) i inne antracykliny są powszechnie stosowane w leczeniu nowotworów, zarówno białaczek jak i guzów litych. Kliniczne zastosowanie tych leków jest jednak ograniczone przez działania uboczne, szczególnie kardiotoksyczność, uszkodzenie nerek czy mielosupresję. Podejmowane są więc liczne badania mające na celu ograniczenie skutków ubocznych i podniesienie skuteczności leczenia doksorubicyną i innymi antracyklinami. Jedną z rozważanych strategii jest wykorzystanie przenośników leków, takich jak: liposomy, dendrymery, nanocząsteczki czy przeciwciała. Przenośniki pozwalają na zwiększenie wewnątrz-komórkowego stężenia leków w komórkach nowotworowych oraz na ograniczenie zjawiska oporności wielolekowej. Niniejszy artykuł przedstawia aktualną wiedzę dotyczącą bardzo obiecującego kierunku badań przy użyciu przenośników białkowych i peptydowych. Peptydy wykorzystywane jako przenośniki leków zawierają powtarzające się reszty lizyny lub argininy. Połączone są one z DOX przez samoodłączający się łącznik, który w określonych warunkach spontanicznie uwalnia lek. Przykładem tego typu łącznika jest p-aminobenzylokarbonyl (PABC), który odłącza lek o niskim pH. Podczas syntezy peptydów, będących składnikami koniugatu, brane są pod uwagę takie sekwencje aminokwasów, które są specyficznie rozpoznawane przez enzymy wykazujące nadekspresję w komórkach nowotworowych lub w ich otoczeniu. Należą do nich m.in. katepsyny, metaloproteinazy czy proteaza serynowa PSA. W pracy omówiono proleki, które zawierają w swojej strukturze peptydy będące substratami dla metaloproteinaz, szczególnie MMP2 i MMP9. Proteinazy te uczestniczą w procesie progresji nowotworu, angiogenezie i metastazie. Są one wytwarzane przez komórki nowotworowe oraz przez komórki podścieliska guza, dzięki czemu uwalnianie czynnika aktywnego z proleku ma miejsce w nowotworach. Drugim ważnym zagadnieniem omawianym w artykule jest wykorzystywanie, podczas otrzymywania koniugatu, określonych sekwencji aminokwasowych, rozpoznawanych przez receptory występujące w zwiększonych ilościach na komórkach nowotworowych. Do receptorów tych zalicza się m.in. av-integryny, receptory dla transferyny oraz dla hormonów peptydowych. Integryny, uczestniczące w selektywnej adhezji, rozpoznają w ligandach specyficzne ugrupowania aminokwasów, trójpeptyd arginina – glicyna – kwas asparaginowy, nazywany także sekwencją RGD. Dołączanie takiego peptydu do antracyklin ułatwia wychwytywanie proleku przez komórki nowotworowe. Innymi receptorami wykorzystywanymi przez proleki są także receptory asjaloglikoproteinowe występujące na powierzchni hepatocytów. Koniugatem rozpoznawanym przez receptory asjaloglikoprotein jest DOXO-EMCH, transportowana za pomocą laktozoaminowanej pochodnej albuminy (L-HSA). Omówiono również receptor dla hormonu uwalniającego gonadotropiny, somatostatynę, bombezynę i kalcytoninę. Proleki DOX zawierające ligandy (peptydy), które wykazują duże powinowactwo do receptorów hormonów, dostają się do komórek nowotworowych w drodze endocytozy. Do proleków peptydowych bardzo często przyłączane są także duże makrocząsteczki ułatwiające transport leku wybiórczo do komórek nowotworowych. Jedną z takich makrocząsteczek jest albumina (egzogenna lub endogenna), która w wielu typach przenośników jest dołączana do koniugatu poprzez cysteinę (Cys) w pozycji 34. W obszarze guza brak jest często funkcjonalnego drenażu limfatycznego, czego wynikiem jest zatrzymywanie makrocząsteczek w guzie. Zwiększone stężenie albumin w tym obszarze jest także związane z intensywnym metabolizmem komórek nowotworowych, dla których albumina jest źródłem energii dla procesów życiowych. Poważnym problemem w chemioterapii jest także powszechnie występujące zjawisko oporności nowotworu na stosowane chemioterapeutyki. Głównym białkiem oporności wielolekowej jest glikoproteina P. Dużym osiągnięciem w badaniach nad systemami dostarczania leków okazały się koniugaty, które zawierały oprócz typowych elementów (nośnik, łącznik, lek) również inhibitor P-gp, który po odłączeniu w komórkach nowotworowych przywracał ich wrażliwość na działanie DOX.

Streszczenie: Fizjologiczna rola tyreoliberyny (TRH) polega na utrzymywaniu homeostazy w obrębie czterech systemów: (i) układu neuroendokrynnego podwzgórze-przysadka mózgowa, (ii) szlaku neuronalnego pień mózgu-śródmózgowie-rdzeń kręgowy, (iii) układu limbiczno-korowego i (iv) układu chronobiologicznego. W ten sposób TRH poprzez różne mechanizmy komórkowe reguluje wiele procesów biologicznych (ogólne pobudzenie organizmu, sen, uczenie się, lokomotorykę, nastrój) i może być rozważana do interwencji oraz użycia klinicznego w razie wystąpienia zaburzeń w poszczególnych układach. Ze względu na niekorzystny profil farmakologiczny TRH (niestabilność enzymatyczna, krótki okres działania, efekty niepożądane), stworzono szereg jej syntetycznych analogów do potencjalnego użycia w monoterapii lub leczeniu wspomagającym wiele chorób ośrodkowego układu nerwowego (OUN). Artykuł ten przedstawia obecny stan wiedzy na temat fizjologicznego działania TRH, jej potencjalnych korzyści w terapii schorzeń OUN z uwzględnieniem badań nad jej analogami.

Słowa kluczowe: tyreoliberyna, metabolizm, neuromodulator, czynnik nootropowy, analepsja, lek przeciwdepresyjny, neuroprotekcja