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

Streszczenie: Jądro komórkowe jest wydzielone z cytoplazmy otoczką jądrową. Struktura ta zbudowana jest z podwójnej błony lipidowo-białkowej, kompleksów porowych oraz blaszki jądrowej. Głównym składnikiem ostatniej z wymienionych są laminy, białka należące do filamentów pośrednich typu V. Intensywne badania dotyczące lamin prowadzono już w latach siedemdziesiątych XX wieku. Początkowo postrzegano je jedynie jako elementy strukturalne. Wraz z rozwojem nauki odkrywano nowe ich funkcje i zadania. Obecnie wiemy, że laminy pełnią funkcje mechaniczne budując podporę dla otoczki jądrowej. Chronią materiał genetyczny przed działaniem sił mechanicznych, decydując o kształcie, wielkości i lokalizacji jądra. Wpływają na właściwe rozlokowanie kompleksów porowych i połączenie cytoszkieletu ze szkieletem jądrowym. Wpływają także na podstawowe procesy zachodzące na terenie jądra, takie jak replikacja i transkrypcja. Sądzi się również, iż mogą one brać udział w fizjologicznych procesach starzenia, mitozie, różnicowaniu komórki, procesach nowotworzenia, apoptozie oraz wpływać na przebieg infekcji wirusowych. Mutacje w genach kodujących laminy są przyczyną licznych chorób dziedzicznych, określanych wspólnym mianem laminopatii.

Mechanizmy hepatotoksyczności a-amanityny oraz porównanie skuteczności odtrutek stosowanych w terapii zatruć muchomorem sromotnikowym – przegląd badań na hodowlach komórkowych

Streszczenie: W badaniach na hodowlach ludzkich i psich komórek wątrobowych wykazano, że uszkodzenie hepatocytów indukowane a-amanityną (a-AMA) przebiega w dwóch fazach; pierwsza ma głównie charakter czynnościowy i cechuje się upośledzeniem zdolności hepatocytów do syntezy białka oraz mocznika, zaś w drugiej dochodzi do obumierania tych komórek w drodze nekrozy i/lub apoptozy. Apoptoza hepatocytów indukowana a-AMA jest zależna od kaspazy-3 i białka p53. Ponadto a-AMA pobudza aktywność dysmutazy ponadtlenkowej w hepatocytach i jednocześnie hamuje aktywność katalazy, co sprzyja peroksydacji lipidów i potęguje uszkodzenie komórek wątroby. Stwierdzono także, że silibinina, acetylocysteina, ceftazydym i rifamycyna są skutecznymi odtrutkami przeciwko a-AMA, jednakże ich efektywność nie przewyższa skuteczności benzylopenicyliny, która wciąż pozostaje najpowszechniej stosowaną odtrutką w terapii zatruć muchomorem sromotnikowym.

Słowa kluczowe: a-amanityna, apoptoza, hepatocyty, peroksydacja lipidów, odtrutki

Rola domen spokrewnionych z fibrynogenem w różnicowaniu i migracji komórek nowotworowych

Streszczenie: C-końcowe sekwencje aminokwasowe, homologiczne do C-końców łańcuchów fibrynogenu, łącznie z tymi łańcuchami zebrane zostały w rodzinę domen FRED. Domeny FRED zaangażowane są w interakcje między białkami, np. w fibrynogenie i angiopoetynach, lub wiążą się z węglowodanami, np. w fikolinach ssaków. Domena FRED rozpowszechniła się w wymienionych białkach na skutek duplikacji i tasowania egzonów w przebiegu ewolucji zwierząt wielokomórkowych. W DNA człowieka znajduje się 24 genów, w których kodowana jest sekwencja charakterystyczna dla domeny FRED. Funkcje produktów niektórych z 24 genów, nadal nie są znane. Przebadane białka, mające domenę FRED, spełniają zróżnicowane role w organizmie. Fibrynogen odpowiada za krzepnięcie krwi, angiopoetyny regulują tworzenie nowych naczyń krwionośnych, fibroleukina i fikoliny odgrywają rolę w odpowiedzi immunologicznej, a tenascyny pośredniczą w interakcjach pomiędzy komórkami i macierzą zewnątrzkomórkową. Tym co większość z nich łączy, poza wspólną C-końcową domeną FRED, jest udział w różnicowaniu i migracji komórek nowotworowych. Wiele białek FRED może stać się potencjalnym znacznikiem w diagnostyce nowotworów. Nie można również wykluczyć możliwości zastosowania tych białek w terapii przeciwnowotworowej.

Słowa kluczowe: fibrynogen, tenascyna, fikolina, fibroleukina, domeny spokrewnione z fibrynogenem, komórki nowotworowe

CXCR7 – nowy receptor wiążący czynnik wzrostowy pochodzenia stromalnego (SDF-1)

Streszczenie: Stromalny czynnik wzrostu-1 – SDF-1 (ang. stromal derived factor-1) jest a-chemokiną wydzielaną przez komórki podścieliska różnych narządów i jest ważnym chemoatraktantem dla wielu rodzajów komórek m.in. hematopoetycznych komórek macierzystych i komórek nowotworowych. Wiele lat stanowił on wyjątek wśród licznej grupy chemokin, albowiem sądzono, iż wiąże się tylko z jednym receptorem CXCR4. Ostatnie badania potwierdziły jednak istnienie dodatkowego receptora dla SDF-1, zidentyfikowanego jako CXCR7. Receptor CXCR7 wiąże również inną chemokinę, jaką jest indukowany interferonem czynnik chemotaktyczny dla limfocytów T – I-TAC (ang. interferon-inducible T-cell alpha chemoattractant), co musi być brane pod uwagę przy ocenie biologicznej osi SDF-1/CXCR7 w modelach doświadczalnych, szczególnie in vivo. CXCR7 charakteryzuje się wysokim powinowactwem do SDF-1, a wywoływane przez niego efekty biologiczne są zależne od typu komórki, w której obrębie się znajduje. W jednych komórkach indukuje aktywację ścieżek przewodzenia sygnału, w innych zaś może być receptorem niefunkcjonalnym, wiążącym SDF-1 i tym samym ograniczającym jego dostęp do receptora CXCR4.

Słowa kluczowe: stromalny czynnik wzrostu-1 (SDF-1), CXCR4, CXCR7, chemokiny

Słowa kluczowe: glikany, glikozylacja, odporność wrodzona, odporność nabyta, galektyny, lektyny typu C, Siglec.

Streszczenie: MikroRNA (miRNA) to grupa małych, 21–23-nukleotydowych, niekodujących cząsteczek RNA, które w postaci dojrzałej regulują ekspresję genów na poziomie potranskrypcyjnym. Obecnie znane jest ponad 3000 miRNA, które opisano u kręgowców i owadów, ale także u roślin, grzybów, organizmów jednokomórkowych oraz wirusów. W ludzkim genomie odkryto dotychczas ponad 470 miRNA, choć prawdopodobnie jest ich około 1000. Przyjmuje się, że odgrywają one rolę w wielu procesach m.in., takich jak: różnicowanie komórek macierzystych układu krwiotwórczego, embriogenezie, apoptozie, regulacji metabolizmu ksenobiotyków, odporności, stanach zapalnych, infekcjach wirusowych i bakteryjnych oraz chorobach neurologicznych.

Słowa kluczowe: mikroRNA, układ odpornościowy, różnicowanie komórek, infekcje wirusowe i bakteryjne, choroby neurologiczne

Streszczenie: W komórce struktura kompleksów białek oligomerycznych może być utrzymywana poprzez wiązania wodorowe, jonowe oraz siły van der Waalsa. W ich tworzeniu mogą również uczestniczyć modyfikacje potranslacyjne, takie jak fosforylacja czy defosforylacja. Formowanie silniejszych połączeń – wiązań kowalencyjnych, wymaga zależnych od jonów wapniowych acylotransferaz – transglutaminaz (TGaz). Transglutaminazy (EC 2.3.2.13) katalizują kowalentne wiązanie się pomiędzy substratem obdarzonym pierwszorzędową grupą aminową i glutaminową resztą łańcucha białkowego. Odgrywają one znaczącą rolę w potranslacyjnej modyfikacji białek przez tworzenie kowalentnych wiązań krzyżowych w obrębie pojedynczego białka lub pomiędzy różnymi białkami. Biorą udział w stabilizacji makromolekuł, co z kolei wpływa na strukturalną integralność tkanek roślinnych i zwierzęcych. U zwierząt TGazy katalizują także reakcje acylacji, estryfikacji, deamidacji i proteolitycznego cięcia izopeptydu, choć ich biologiczne znaczenie nie jest do końca poznane. Biologiczna funkcja TGaz to głównie potranslacyjna modyfikacja białek. Niekiedy enzym ten może mieć funkcję niekatalityczną związaną z organizacją cytoszkieletu, integralnością błon komórkowych, może wspomagać adhezję i migrację komórek oraz brać udział w transdukcji komórkowego sygnału. Scharakteryzowano trzy rodziny TGaz. Pierwsza ma specyficzną strukturę centrum aktywnego, które tworzą reszty cysteiny, histydyny i asparaginy lub asparaginianu. Powszechny u tej grupy TGaz jest również brak modyfikacji łańcucha białkowego, poza kilkoma miejscami, w których może zajść N-glikozylacja. Drugą grupę TGaz charakteryzuje zbliżona do opisanej powyżej budowa centrum katalicznego oraz dodatkowa aktywność enzymatyczna przypisywana izomerazom dwusiarczkowym. Trzecia zidentyfikowana grupa wykryta została u toksynogennych szczepów bakterii. Rodzina ta różni się zdecydowanie od dwóch poprzednich zarówno budową centrum katalicznego, jak i sekwencją nukleotydów. W genomie człowieka zidentyfikowano dziewięć genów kodujących TGazy i mających swoje analogi w organizmach zwierzęcych, począwszy od ssaków, a skończywszy na bezkręgowcach. Geny te są ze sobą blisko spokrewnione, ponadto cechuje je wysoka konserwatywność, której wyrazem jest niewielka zmienność i istotne podobieństwo struktury drugorzędowej białek enzymów, a co za tym idzie także zgodność struktury trzeciorzędowej. Mimo że wszystkie wyizolowane do tej pory geny mają podobną organizację, ich sekwencje flankujące na końcu 5' oraz mechanizmy regulacji transkrypcji różnią się od siebie, co ma związek między innymi z różnicami w strukturze promotorów oraz elementów wzmacniających. Transglutaminazy są aktywowane przez jony wapnia. Wysokie stężenie wapnia w komórce sprzyja tworzeniu się e-(g-glutamyl)lizynowych izopeptydów hamując tym samym włączanie się amin do białek. Innymi ważnymi czynnikami wpływającymi na aktywność transglutaminaz są: pH, jony magnezu i grupy tiolowe w białkach. Zwierzęce transglutaminazy zlokalizowane są zarówno w matriks wewnątrz- (cytoplazma, mitochondra, jądro) oraz w zewnątrzkomórkowej, gdzie zaangażowane są w procesy różnicowania, sygnalizacji, adhezji oraz organizacji samej matriks. W procesie apoptozy komórki zwierzęcej transglutaminazy i ich wzmożona aktywność określane są markerami procesu. Roślinne transglutaminazy powszechnie występują we wszystkich organach i kompartmentach roślinnej komórki. Dużo mniej wiadomo o ich budowie i funkcji w porównaniu z komórką zwierzęcą. Roślinne TGazy zidentyfikowano w cytoplazmie, ścianie komórkowej, chloroplastach i mitochondriach. Najszerzej badane są zależne od światła chloroplastowe TGazy. Główne ich funkcje można scharakteryzować jako: udział w różnicowaniu się chloroplastów, zwłaszcza w procesie formowania gran, w formowaniu wielkocząsteczkowego kompleksu, jakim jest Rubisco oraz w stabilizacji LHCPII i innych białek antenowych, co przekłada się na katalityczną aktywność enzymu oraz wydajość w zbieraniu energii świetlnej. Ponadto, dzięki swojej specyficznej aktywności TGazy uczestniczą w: zapyleniu, reakcjach obronnych rośliny na działania czynnika stresowego, w procesie starzenia, w programowanej śmierci komórki i w wielu innych. Najlepiej poznanym roślinnym genem kodującym transglutaminazę jest AtPng1p zsekwencjonowany u rzodkiewnika. Podobieństwo sekwencji AtPng1p z jakąkolwiek spośród zwierzęcych TGaz jest mniejsza niż 20%, jedynie jego centrum aktywne ma sekwencję charakterystyczną dla domeny katalitycznej TGaz zwierzęcych (Cys-His-Asp). Niemniej jednak enzymy te u przedstawicieli obu królestw pełnią podobne funkcje i mają podobne właściwości biochemiczne, mogą zatem mieć zbliżone konformacje. Niniejsza praca przeglądowa podsumowuje dotychczasowy stan wiedzy na temat struktury, biochemii, lokalizacji komórkowej zarówno zwierzęcych, jak i roślinnych TGaz oraz ich biologicznej funkcji w komórce.

Słowa kluczowe: enzym, komórka roślinna, komórka zwierzęca, transglutaminazy, wiązania krzyżowe białek

Komórki mięśniowe Caenorhabditis elegans jako model dla nowych terapii dystrofii mięśniowej Duchenne'a

Streszczenie: Dystrofia mięśniowa Duchenne'a (DMD) należy do najczęstszych i najpoważniejszych w skutkach postaci klinicznych dystrofii mięśniowej. Dotychczas zarówno molekularne podstawy choroby, jak i skuteczne metody jej leczenia nie zostały w pełni poznane. Przedstawione dane sugerują, iż nicień Caenorhabditis elegans jest cennym modelem eksperymentalnym w zakresie badań nad DMD. Znaczne podobieństwo w strukturze i czynności komórek mięśniowych poprzecznie prążkowanych C. elegans i włókien mięśniowych człowieka stwarza możliwość dogłębnej analizy procesu postępującej degeneracji mięśni. Wskazano na udział kanałów jonowych EGL-19 i BK-SLO w procesie degeneracji mięśni C. elegans. Ponadto opisano efekty mutacji genów, które są związane z tym procesem u wymienionego nicienia i mogą stanowić punkt odniesienia w badaniach nad funkcją tych genów u chorych na DMD. Podkreślono znaczenie genów dyb-1, dyc-1 i stn-1 w procesie degeneracji mięśni C. elegans. Zwrócono również uwagę na zastosowanie C. elegans jako organizmu modelowego w badaniach skuteczności potencjalnych związków farmakologicznych, mających zastosowanie w terapii dystrofii mięśniowej. Wskazano na prednison, serotoninę, metazolamid i dichlorofenamid jako efektywne środki zmniejszające poziom degeneracji komórek mięśniowych C. elegans. Uwzględniono wpływ transmisji synaptycznej, jak również znaczenie właściwej struktury i układu białek odpowiedzialnych za skurcz sarkomeru w procesie degeneracji mięśni C. elegans.

Słowa kluczowe: Caenorhabditis elegans, dystrofia mięśniowa Duchenne'a, komórki mięśniowe, degeneracja mięśni

Streszczenie: Do niedawna nerka nie była rozważana jako narząd istotny dla metabolizmu żelaza. Badania ostatniej dekady wykazały jednak, że nawet w warunkach fizjologicznych znaczące ilości osoczowych żelazoprotein, takich jak: transferryna czy hemoglobina, ulegają przesączaniu kłębkowemu, a następnie wchłanianiu w cewce proksymalnej. W przypadku schorzeń hemolitycznych ekspozycja nerki na żelazo jest zwiększona i zależna od poziomu osoczowej haptoglobiny. Wychwyt żelazoprotein w kanaliku proksymalnym następuje w drodze endocytozy za pośrednictwem tandemu receptorów – megaliny i kubiliny. Do właściwego funkcjonowania tego kompleksu niezbędne jest białko opiekuńcze – amnionles. Ponadto pokazano, że ważne dla transbłonowego transportu żelaza białka, takie jak: DMT-1, hefajstyna i ferroportyna ulegają ekspresji w komórkach nabłon-kowych kanalika proksymalnego. Artykuł naświetla główne osiągnięcia w tej dziedzinie oraz przedstawia schemat molekularnego mechanizmu metabolizmu żelaza w nerce.

Streszczenie: Krople lipidowe są zazwyczaj sferycznymi organellami. W rdzeniu kropli zawarte są tłuszcze obojętne, a jej powierzchnię stanowi pojedyncza warstwa fosfolipidowa. Z kroplami lipidowymi związane są liczne białka. Część z nich należy do rodziny PAT i bierze udział w metabolizmie tłuszczów. Pozostałe białka występują i funkcjonują również w innych przedziałach komórkowych, gdzie pełnią role niezwiązane z gospodarką lipidową. Mechanizm biogenezy i wzrostu kropli lipidowych nie jest ostatecznie wyjaśniony. Zaproponowano kilka alternatywnych modeli powstawania kropli lipidowych w komórkach eukariotycznych, z których każdy zakłada, że organellą uczestniczącą w biogenezie kropli lipidowych jest siateczka śródplazmatyczna. Zasadnicze różnice hipotetycznych modeli odnoszą się do inicjalnego miejsca formowania kropli (pomiędzy dwiema warstwami fosfolipidowymi błony siateczki lub w bliskim sąsiedztwie błon siateczki) oraz sposobu odłączania formującej się kropli od błon siateczki śródplazmatycznej. Wzrost kropli może wynikać z ich homotypowej fuzji lub dostarczania do istniejącej kropli tłuszczów obojętnych oraz składników powierzchniowych (fosfolipidów i białek). Krople lipidowe wchodzą w interakcje z innymi organellami (siateczką śródplazmatyczną, mitochondriami, peroksysomami, endosomami i fagosomami) oraz elementami cytoszkieletu. Są także organellami mobilnymi, a główną rolę w ich transporcie odgrywają mikrotubule i związane z nimi białka motoryczne. Podstawową funkcją kropli lipidowych jest udział w magazynowaniu i uwalnianiu zgromadzonych tłuszczów. Ponadto krople lipidowe uczestniczą w wewnątrzkomórkowym transporcie tłuszczów i fosfolipidów. Nowo poznaną rolą kropli lipidowych jest zdolność do wiązania białek. Związane z kroplami lipidowymi białka są inaktywowane i/lub przeznaczone do degradacji. Obecność rybosomów oraz białek wiążących RNA w kroplach lipidowych wskazuje na możliwość wiązania RNA. Szczególnie interesującą z punktu widzenia klinicznego rolą kropli lipidowych jest wpływ na zmianę metabolizmu komórki w stanach patologicznych wywołanych procesami zapalnymi lub neoplazją. Zróżnicowany skład białkowy kropli lipidowych, ich mobilność oraz oddziaływanie z wieloma organellami sprawia, że krople lipidowe są obecnie traktowane jako organelle dynamiczne i wielofunkcyjne.

Słowa kluczowe: biogeneza kropli lipidowych, wzrost kropli lipidowych, białka kropli lipidowych.

Streszczenie: Nukleosomy są podstawowymi strukturami chromatyny powodującymi u Eukaryota represję aktywności transkrypcyjnej, ponieważ ograniczają dostęp do DNA czynników wiążących się z nim. Pierwszy poziom kondensacji (zwartości) polega na owinięciu DNA o długości 147 pz wokół oktameru histonowego, co utrudnia dostęp do DNA czynników wiążących się z nim w większym stopniu niż do DNA łącznikowego (linkerowego). Nieowinięty DNA ma długość 20–50 pz. Następny etap kondensacji nukleosomów następuje przez przyłączenia łącznikowego histonu H1, w wyniku czego tworzą się włókna 30 nm. Zróżnicowana kondensacja chromatyny interfazowej jest ważna dla właściwego funkcjonowania genomu. Gęstość rozmieszczenia nukleosomów wzdłuż DNA jest rozmaita, w zależności od organizmu i zależy od funkcjonalnych właściwości chromatyny. W transkrypcyjnie aktywnej euchromatynie gęstość ta wynosi 6 nukleosomów/11 nm, podczas gdy w nieaktywnej heterochromatynie aż 12–15 nukleosomów/11 nm. Regiony genomu pozbawione nukleosomów znajdują się zwykle blisko promotora. Nukleosomy wykazują pewne preferencje wobec sekwencji DNA. Fragmenty DNA zawierające poly(dAT:dT) są ubogie w nukleosomy. Umiejscowienie nukleosomów jest kontrolowane przez szereg czynników. Należą do nich m.in. struktury w DNA i w chromatynie, które powstały w wyniku działania czynników remodelujących chromatynę oraz epigenetycznych modyfikacji DNA i histonów, takich jak: metylacja DNA, potranslacyjne modyfikacje histonów i ich warianty. N-terminalne ogony histonów rdzeniowych pełnią liczne niezależne funkcje. Właściwe umiejscowienie nukleosomów ma istotne znaczenie dla ekspresji genów. W wyniku doświadczeń, w których usuwano ogony histonów rdzeniowych, wiadomo, że determinują one na poziomie molekularnym umiejscowienie nukleosomów. Ogony histonów rdzeniowych biorą udział w kondensacji wyższego rzędu układów nukleosomowych. Włókno 30 nm stanowi pierwszy poziom kondensacji układów nukleosomowych; tylko nieznaczne ilości chromatyny wykazują taką strukturę. W strukturach wyższego rzędu kontakt między przyległymi nukleosomami odbywa się za pośrednictwem N-terminalnych ogonów histonów rdzeniowych oraz współdziałania między nimi. Nasilenie kondensacji chromatyny zależy od rodzaju modyfikacji histonów. Wiadomo, że acetylacja histonów rdzeniowych powoduje dekondensację chromatyny. Trimetylacja niektórych reszt lizynowych, np. 20. w H4, następuje w nieaktywnej transkrypcyjnie chromatynie i jest typowa dla wysoce skondensowanej, nieaktywnej heterochromatyny. W regulacji kondensacji chromatyny i ekspresji genów mogą uczestniczyć warianty histonu rdzeniowego H2A, a mianowicie H2A.Z, H2A.v, H2A.Bbdb i H2A.Bdb. U Saccharomyces cerevisiae utrata H2A.Z jest tolerowana, ale jest zakłócona regulacja ekspresji genów. Brak jest H2A.Z w chromatynie konstytutywnej, ale jest ona obecna w tzw. heterochromatynie fakultatywnej. H2A.v występuje zarówno w eu-, jak i w heterochromatynie. Jego rola w stabilizacji chromatyny wydaje się polegać na tworzeniu chromatyny skondensowanej. Ostatnio wiedza o kondensacji chromatyny została wzbogacona o wyniki badań zgrupowania siedmiu reszt aminokwasowych kwaśnych (ang. the acidic path), obecnych gównie w H2A. Ten szlak kwasowy może współdziałać z N-terminalnym ogonem histonu H4 (reszty 14.–19.) z jednego nukleosomu z przyległym nukleosomem, kiedy układ nukleosomowy jest zwinięty we włókno 30 nm. Kwasowy szlak w H2A może być zmodyfikowany w niektórych jego wariantach. H2A.Bbd ma tylko trzy kwaśne aminokwasy w szlaku kwasowym. Ten wariant hamuje tworzenie włókna 30 nm. W wyniku zahamowania tworzenia włókna 30 nm, H2A.Bbd wzmaga transkrypcję. Z drugiej strony, H2A.Z sprzyja tworzeniu włókien 30 nm dzięki obecności dwóch dodatkowych reszt aminokwasowych, które poszerzają trakt kwasowy w H2A.Z w porównaniu z H2A. Ponieważ H2A.Z jest obecny w heterochromatynie fakultatywnej (skondensowanej euchromatynie), jest możliwe, że ten wariant uczestniczy w kondensacji euchromatyny. Zwartość chromatyny jest modyfikowana przez zależne od ATP kompleksy remodelujące chromatynę, ATPazy. Zużywają one energię hydrolizy ATP, aby przemieścić nukleosomy w różne miejsca wzdłuż DNA. Czynniki remodelujące chromatynę mogą działać zarówno jako kondensujące, jak i dekondensujące. ATPazy remodelujące chromatynę odgrywają istotną rolę w procesach fizjologicznych i w rozwoju u Eukaryota.

Słowa kluczowe: nukleosomy, N-terminalne ogony histonów rdzeniowych, warianty H2A, kondensacja chromatyny