Postępy Biologii Komórki, tom 38, 2011 23

Streszczenie: Receptory TRIM (tripartite motif-containing proteins) są białkami, które w ostatnim czasie wzbudzają zainteresowanie, a które są dużą rodziną białek biorących udział w odporności naturalnej organizmu. Są one zaangażowane w wiele procesów biologicznych, a ich uniwersalność warunkowana jest ich różnorodnością, różnicami w ekspresji tkankowej i lokalizacją w komórce. Znaczniki TRIM zostały sklasyfikowane w 9 podstawowych rodzin – C-I do C-IX, a w ostatnim czasie opisano dodatkowo dwie nowe rodziny, to jest C-X i C-XI. Liczba receptorów TRIM jest zróżnicowana u różnych gatunków zwierząt, a ich rolę najlepiej opisano w przypadku infekcji retrowirusami, to jest wirusem HIV, MLV i ALV. Wiele receptorów TRIM jest indukowanych przez interferony (IFN), co może być kluczowym procesem dla powstawania odporności na różne patogeny. Ponadto receptory TRIM są zaangażowane w regulowanie ścieżek sygnalnych wzbudzanych przez receptory TLR oraz w przebieg ścieżek sygnalnych wzbudzanych przez receptor RIG-I.

Streszczenie: Glukoza jest głównym źródłem energii dla większości komórek. Zwykle wchodzi w skład spożywanego pokarmu i po wchłonięciu w przewodzie pokarmowym razem z krwią jest rozprowadzana po całym organizmie. Do komórek glukoza dostaje się na zasadzie ułatwionego transportu biernego, w którym bierze udział szereg transporterów należących do rodziny białek GLUT (ang. glucose transporters) lub za pomocą transportu aktywnego zależnego od funkcji białek SGLT (ang. sodium-glucose transport proteins). Występowanie białek transportujących glukozę jest zależne od tkanki i jej roli w metabolizmie węglowodanów. Ostatnio dużo uwagi poświęca się nasilonej ekspresji białek GLUT w komórkach nowotworowych i diagnostycznemu znaczeniu tego zjawiska. Można przypuszczać, że najbliższe lata przyniosą rozwój wiedzy na temat roli transporterów glukozy w procesie nowotworzenia, a wiedza ta zaowocuje stworzeniem nowych metod diagnostycznych i terapeutycznych chorób nowotworowych.

Streszczenie:Nikotyna wykazuje silne działanie biologiczne. Alkaloid ten współzawodniczy z acetylocholiną w wiązaniu się ze specyficznymi receptorami błonowymi tzw. nikotynowymi receptorami cholinergicznymi. Obok ich klasycznych miejsc lokalizacji, tj. w układzie nerwowym i mięśniach szkieletowych, stwierdzono, że receptor nikotynowy obecny jest w wielu typach komórek, np. nabłonkowych, krwi oraz nowotworowych. Związaniu nikotyny z receptorem towarzyszy otwarcie kanału jonowego. Umożliwia to napływ jonów sodu i wapnia do wnętrza komórki, co prowadzi do depolaryzacji błony komórkowej. Jej konsekwencją jest aktywacja kanałów wapniowych wrażliwych na zmiany potencjałów błonowych i dodatkowy napływ jonów wapnia. Procesy te uruchamiają kaskady sygnalizacyjne zależne od jonów wapnia. Wyniki uzyskane ostatnio w badaniach z wykorzystaniem nikotyny wskazują na bardzo znaczącą rolę receptorów nikotynowych w regulacji podziałów komórkowych, apoptozy, angiogenezy i migracji komórek. Nikotyna indukuje czynniki wzrostu, takie jak: BDNF, VEGF, HGF, VEGF-C, TGF-a, TGF-b, PDGF oraz wykazuje mitogenne działanie na komórki nowotworowe. Kluczową rolę w tych procesach odgrywają kinazy serynowo-treoninowe Raf oraz kinazy zależne od sygnału zewnątrz- komórkowego ERK1-ERK2. Nikotyna przyczynia się także do zwiększenia przeżywalności komórek nowotworowych. Istotny udział w tym procesie ma uruchomienie szlaku prowadzącego do aktywacji kinazy serynowo-treoninowej Akt, która stymulując kilka białek hamujących, blokuje apoptozę. Wykryto ostatnio, że nikotyna zaburza również sygnalizację hormonalną. Pod jej wpływem szczególnie istotnym zmianom ulega poziom serotoniny, dopaminy, GABA oraz adrenaliny.

Słowa kluczowe: nikotyna, receptor nikotynowy, sygnalizacja komórkowa, jony wapnia

Białko aktywujące fibroblasty a (FAPa) – udział w gojeniu tkanek i kancerogenezie

Streszczenie: Białko aktywujące fibroblasty a (FAPa) nazywane także seprazą zaliczane jest do typu II integralnych białek błonowych. FAPa/sepraza zakotwiczona w błonie komórkowej wykazuje aktywność peptydazy serynowej i aktywność żelatynolityczną. FAPa należy do podrodziny S9B post-prolilowych aminopeptydaz dipeptylowych (dipeptylopeptydaz post-prolilowych) peptydaz serynowych. Do podrodziny tej oprócz FAPa/seprazy należy także dipeptylopeptydaza IV (DPPIV). Aktywne FAPa jest homodimerem o masie cząsteczkowej 170 kDa, w skład którego wchodzą dwie podjednostki każda o masie cząsteczkowej 97 kDa. FAP? może także tworzyć heteromeryczny aktywny kompleks enzymatyczny z DPPIV. Oba kompleksy enzymatyczne mogą brać udział w proteolizie składników macierzy pozakomórkowej (ECM). Oprócz zdolności do enzymatycznej degradacji niektórych komponentów macierzy pozakomórkowej, FAPa kontroluje wzrost fibroblastów i interakcje pomiędzy nabłonkiem a mezenchymą podczas embriogenezy, a także procesy naprawy tkanek i kancerogenezy. Białko to jest indukowalnym antygenem ulegającym selektywnej ekspresji na aktywowanych fibroblastach podczas procesów gojenia tkanek, swoistych dla nowotworów fibroblastach (CAFs), podczas tworzenia przerzutów raków nabłonkowych oraz na komórkach niektórych nowotworów złośliwych. Proces gojenia tkanek i kancerogenezy wykazują pewne podobieństwa. Wiele czynników wzrostu, cytokin i proteaz, które produkowane są przez komórki nowotworowe podczas transformacji i progresji nowotworów, bierze udział w procesach gojenia i włóknienia tkanek. FAPa jest markerem miofibroblastów obecnych zarówno podczas gojenia tkanek, procesów włóknienia czy procesu nowotworzenia. Nadekspresja FAPa jest także charakterystyczna dla keloidów (bliznowców), łagodnych rozrostów nowotworowych tkanki łącznej, będących konsekwencją nieprawidłowego procesu gojenia.

Słowa kluczowe: białko aktywujące fibroblasty a (FAPa), sepraza, fibroblasty, miofibroblasty, fibroblasty związane z nowotworami (CAFs), metaloproteinazy macierzy pozakomórkowej (MMPs), żelatynazy, gojenie tkanek, włóknienie, kancerogeneza

Dystrofie mięśniowe spowodowane uszkodzeniami białek sarkolemmyi błony podstawnej

Streszczenie: Dla integralności komórki mięśnia niezbędna jest znaczna liczba białek, a genetycznie uwarunkowane zaburzenia ich syntezy prowadzą do dystrofii mięśniowych, chorób związanych z postępującym zwyrodnieniem mięśni szkieletowych, prowadzącym do niepełnosprawności. Niekiedy dochodzi także do uszkodzenia mięśni oddechowych, co może być przyczyną przedwczesnej śmierci. Współdziałanie białek umiejscowionych wewnątrz komórki z rezydującymi w sarkolemmie i błonie podstawnej zapewnia prawidłowe połączenie i komunikację komórki mięśniowej z jej zewnętrznym środowiskiem. Dobrze poznanym mechanizmem dystrofii typu Duchenne'a i Beckera jest niedobór dystrofiny, peryferyjnego białka wewnętrznej strony sarkolemmy. Równie istotne znaczenie mają białka integralne sarkolemmy oraz zewnątrzkomórkowe, których zadaniem jest zakotwiczenie komórek w macierzy. Deficyt białek błony podstawnej, kolagenu i lamininy, skutkuje dystrofią mięśniową Ullricha, miopatią Bethlem i merozynozależną wrodzoną dystrofią mięśniową MDC1A. Wśród białek sarkolemmy dystrofie mięśniowe powodują uszkodzenia sarkoglikanów, kompleksu czterech białek stabilizujących strukturę kompleksu glikoprotein związanych z dystrofiną, a także integryn. Odrębną grupę schorzeń stanowią dystroglikanopatie, wywołane zmienioną glikozylacją dystroglikanu. Poznanie mechanizmów leżących u podstaw tej zróżnicowanej grupy chorób pozwala mieć nadzieję na opracowanie terapii umożliwiających tworzenie metabolicznych pomostów omijających wadliwe białka, ograniczających postępy choroby i niepełnosprawność pacjentów.

Słowa kluczowe: dystrofia mięśniowa, błona podstawna, sarkoglikan, dystroglikan, integryny, laminina, kolagen, kompleks glikoprotein związanych z dystrofiną

Struktura, działanie i rola receptora-gamma peroksysomów aktywowanego przez proliferatory – PPARg

Streszczenie: Receptor aktywowany przez proliferatory peroksysomów-gamma – PPARg jest jednym z najintensywniej badanych receptorów jądrowych ostatniego dwudziestolecia. Tę popularność zawdzięcza plejotropowemu oddziaływaniu na wiele istotnych procesów w fizjologii komórki i organizmu, takich jak homeodynamika energetyczna, kontrola metabolizmu glukozy i tłuszczów, proliferacja, różnicowanie i śmierć komórki, reakcje zapalne, czy angiogeneza. Poza naturalnymi ligandami PPARg znanych jest już wiele sztucznych agonistów, antagonistów i modulatorów receptora, co stwarza możliwości wpływania na regulowane przezeń procesy. Obecnie sztuczne ligandy PPARg, tiazolidinediony (TZD), stosowane są w leczeniu cukrzycy typu 2, ale oczekiwania związane z kontrolą aktywności receptora są dużo większe. W naszej pracy postaramy się przybliżyć budowę, działanie i funkcje receptora PPARg oraz możliwości wykorzystania jego właściwości w medycynie.

Słowa kluczowe: PPARg , receptor jądrowy, tiazolidinediony, cukrzyca typu 2, rozyglitazon, pioglitazon

NET, czyli zewnątrzkomórkowe sieci uwalniane przez neutrofilejako nowy sposób walki z patogenami

Streszczenie: Neutrofile są głównymi komórkami efektorowymi zaangażowanymi w odporność wrodzoną i stanowią pierwszą linię obrony organizmu przed patogenami. Komórki te docierając do ogniska zapalenia biorą udział w eliminacji patogenu, po czym podlegają apoptozie. Do niedawna znane były dwa sposoby walki neutrofili z patogenami: fagocytoza i degranulacja. W 2004 roku okazało się, że neutrofile mogą również zwalczać czynniki zakaźne z wykorzystaniem neutrofilowych sieci zewnątrzkomórkowych (NET, ang. Neutrophil Extracellur Traps), które wychwytują i zabijają mikroorganizmy. NET zbudowane są ze zdekondensowanej chromatyny, do której przytwierdzone są specyficzne białka przeciwbakteryjne pochodzące z ziarnistości neutrofili. Wyrzucone na zewnątrz komórki sieci unieruchamiają patogeny oraz zapewniają ich bezpośredni kontakt z czynnikami bakteriobójczymi. Do tej pory udało się stwierdzić, że kluczową rolę w tworzeniu sieci neutrofilowych odgrywają reaktywne rodniki tlenowe powstające w reakcji katalizowanej przez kompleks oksydazy NADPH. Wykazano także, że tworzenie sieci przez neutrofile może być stymulowane bezpośrednio przez patogeny lub w procesie tym mogą pośredniczyć płytki krwi. Dotychczasowe dane wskazują, że NET stanowią ważny element obrony organizmu przed patogenami, aczkolwiek utrata kontroli organizmu nad ich wytwarzaniem i rozpadem może doprowadzić do wielu nieprawidłowości i być przyczyną poważnych chorób.

Słowa kluczowe: neutrofile, neutrofilowe sieci zewnątrzkomórkowe, fagocytoza, degranulacja, oksydaza NADPH, reaktywne formy tlenu

Streszczenie: W ciągu ostatnich lat jednymi z szerzej badanych problemów współczesnej biologii, nie tylko ewolucyjnej ale również molekularnej, stały się pochodzenie i rozwój kwiatu, charakterystycznej struktury roślin okrytonasiennych. Dwie dekady temu, dzięki badaniom nad Arabidopsis thaliana i Anthirrhinum majus, E. Coen oraz E. Meyerowitz sformułowali model obrazujący genetyczną regulację powstawania określonych struktur w obrębie kwiatu, tzw. system ABC. Zakłada on zależność tożsamości kolejnych elementów budujących kwiat od interakcji trzech klas genów homeotycznych, dając w efekcie charakterystyczny dla danego okółka fenotyp. Zgodnie z zaproponowanym modelem za powstanie działek kielicha odpowiada ekspresja genów klasy A w najbardziej zewnętrznym okółku, płatków korony – współdziałanie genów klasy A i B, pręcików – jednoczesna ekspresja genów należących do klas B i C, słupków natomiast – ekspresja wyłącznie genów klasy C w wewnętrznym okółku kwiatu. U rośliny modelowej Arabidopsis wyizolowano następujące geny należące do klasy A: APETALA1 (AP1) i APETALA2 (AP2), do klasy B: APETALA3 (AP3) i PISTILLATA (PI), do klasy C: AGAMOUS (AG) oraz SHATTERPROOF (SHT). Dalsze badania ukierunkowane na poznanie modelu ABC przyczyniły się do jego rozszerzenia o kolejne klasy genów: D oraz E. To rozbudowanie modelu pozwoliło na zobrazowanie działania genów należących do klas ABC na poziomie tetramerycznych pakietów białkowych. Ekspresja genów klasy D odpowiada za prawidłowe wykształcenie zalążni, natomiast geny klasy E współdziałają z pozostałymi genami modelu, a ich produkty białkowe są niezbędnym czynnikiem nadającym pełną funkcjonalność tetramerycznym pakietom. Prawie wszystkie geny modelu ABC (z wyjątkiem AP2) należą do rodziny genów typu MADS. Przynależność ta opiera się na wspólnym planie budowy genów, czyli obecności domen: konserwatywnej MADS, łącznikowej I, charakterystycznej dla roślin domeny K oraz terminalnej C. Rodzina MADS występuje nie tylko u roślin, ale również u grzybów oraz zwierząt. Model ABC został początkowo zaproponowany dla roślin dwuliściennych i tylko na nich był szeroko badany. Okazał się być jednak bardzo dobrym narzędziem do analizy budowy kwiatu również u roślin jednoliściennych. Badania prowadzone na ryżu, pszenicy czy kukurydzy potwierdziły obecność i zasadę działania genów należących do modelu ABC w homologicznych do roślin dwuliściennych elementach kwiatu. Ciekawych wyników dostarczyły badania nad kwiatami storczyków, gdzie nie tylko kombinacje poszczególnych klas genów odpowiadają za tożsamość kolejnych okółków, ale również obecność paralogicznych genów w obrębie klasy może zdecydowanie zmieniać fenotyp danej struktury. Na podstawie działania modelu ABC przedstawiono liczne hipotezy wyjaśniające powstanie wielu unikatowych struktur w obrębie kwiatu, szczególnie wśród pierwotnych dwuliściennych. Jedna z nich, tzw. „sliding boundary”, pokazuje mechanizm przesunięcia granic ekspresji genów, którego efektem jest brak zróżnicowania okwiatu u tej grupy roślin oraz który wyjaśnia pochodzenie zjawiska petalodii obserwowanego np. u Magnolia stellata. Poznane zostały genetyczne podstawy budowy takich elementów jak staminodia (przekształcone w powabnię pręciki) czy kalyptry (struktury zamykającej elementy kwiatu w pąku). Zidentyfikowanie genów należących do rodziny MADS u roślin nasiennych, mchów, paproci, a nawet u glonów, sugeruje bardzo wczesne ewolucyjnie powstanie genów należących do modelu ABC. Wielokrotne duplikacje genomu w trakcie ewolucji roślin przyczyniały się do zmian w morfologii kwiatu. Zmianom ulegała funkcja genu oraz miejsce i czas jego ekspresji. Śledząc kolejne duplikacje genów można zauważyć ich bezpośrednie odzwierciedlenie w drzewie filogenetycznym roślin, np. pierwsza znana duplikacja genów klasy B miała miejsce w momencie wyodrębnienia się ze wspólnego drzewa magnoliidów, czyli pierwotnych dwuliściennych. Model ABC opisuje jeden z mechanizmów rozwoju rośliny, który współdziałając z innymi programami, przyczynia się do powstania obserwowanej różnorodności morfologicznej kwiatów.

Słowa kluczowe: model ABC, geny homeotyczne, geny typu MADS, budowa kwiatu, pierwotne magnoliidy

Rola połączeń międzykomórkowych i regulacja ich funkcjonowaniaw gonadzie męskiej ssaków

Streszczenie: Spermatogeneza jest złożonym procesem, który obejmuje szereg zdarzeń komórkowych i biochemicznych prowadzących do wytworzenia haploidalnych spermatyd z diploidalnych spermatogoniów. Prawidłowe różnicowanie komórek germinalnych wymaga precyzyjnej regulacji endokrynnej obejmującej działanie gonadotropin i hormonów steroidowych oraz lokalnej kontroli przez czynniki parakrynowe i autokrynowe. Podczas spermatogenezy niezbędne są również oddziaływania pomiędzy komórkami gonady poprzez wyspecjalizowane połączenia międzykomórkowe. Struktury te odpowiedzialne są za komunikację pomiędzy komórkami i koordynację procesów metabolicznych. Połączenia międzykomórkowe pośredniczą również w stabilnej adhezji międzykomórkowej oraz zapewniają optymalne środowisko dla różnicowania komórek germinalnych i ich migracji w nabłonku plemnikotwórczym. W niniejszej pracy przedstawiono przegląd najnowszych badań wskazujących znaczenie połączeń międzykomórkowych w gonadzie męskiej oraz ich funkcję podczas spermatogenezy. Ponadto, omówiono rolę androgenów w regulacji dynamiki zmian strukturalnych połączeń międzykomórkowych w jądrze.

Słowa kluczowe: połączenia międzykomórkowe, gonada męska, bariera krew-jądro, specjalizacje powierzchniowe, androgeny