Projekti / Programi
Regulacija primarnega metabolizma pri rakastih celicah
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 4.06.00 |
Biotehnika |
Biotehnologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T490 |
Tehnološke vede |
Biotehnologija |
regulacija metabolizma, 6-fosfofrukto-1-kinaza, glikoliza, posttranslacijska modifikacija, rak
Raziskovalci (4)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
14360 |
dr. Mojca Benčina |
Biotehnologija |
Raziskovalec |
2007 - 2009 |
0 |
| 2. |
09354 |
dr. Matic Legiša |
Biotehnologija |
Vodja |
2007 - 2009 |
0 |
| 3. |
17280 |
Darija Oven |
|
Tehnični sodelavec |
2007 - 2009 |
0 |
| 4. |
29490 |
mag. Andreja Šmerc |
Biokemija in molekularna biologija |
Mladi raziskovalec |
2009 |
0 |
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0104 |
Kemijski inštitut |
Ljubljana |
5051592000 |
10 |
Povzetek
Pri industrijsko pomembni glivi Aspergillus niger smo kot prvi uspeli opisati pomemben mehanizem regulacije glikolize, osredne metabolne poti primarnega metabolizma. Gre za posttranslacijsko regulacijo 6-fosfofrukto-1-kinaze (PFK1) regulatornega encima glikolize, ki normalno kontrolira metabolni pretok preko poti. Po tem, ko specifične proteaze odcepijo del nativnega encima nastane krajši fragment s spremenjenimi kinetičnimi lastnostmi. Modificirani encim ni več občutljiv na inhibicijo s citratom in ATP, nekateri drugi aktivatorji pa bistveno bolj pospešijo njegovo katalitično aktivnost, kot pri nativnem encimu. Za celice, ki vsebujejo spremenjen PFK1 encim je značilen neoviran metabolni pretok preko glikolize, dvignjen nivo intermediatov cikla trikarboksilnih kislin ter pospešene anabolne reakcije, ki omogočajo hitrejšo rast in izločanje biotehnoloških produktov. Krajši fragment PFK1 je po odvzemu iz celic izredno nestabilen, kar je močno ovira njegovo detekcijo in karakterizacijo.
Letos marca so objavili, da pri hepatomskih rakastih celicah niso mogli zaznati regulacije glikolize na nivoju PFK1 encima, sam encim pa je bil rezistenten na inhibicijo s citratom in ATP, medtem ko amonijevi ioni, AMP in fruktoza-2,6-bisfosfat njegovo aktivnost močno povečajo (Marin-Hernandez, 2006).
Za rakaste celice je namreč značilna ojačana glikoliza ob istočasni inhibiciji respiracije, tako da transformirane celice pridobivajo ATP predvsem po deregulirani glikolitični poti. Čeprav je rak prvenstveno genska bolezen, pa indukcija onkogenov močno vpliva tudi na spremembo metabolizma, ki še ni popolnoma raziskan.
Pri predlaganem projektu nameravamo dokazati, da tudi ob transformaciji normalnih sesalčjih celic v rakaste pride do posttranslacijske modifikacije PFK1, kar privede do nekontroliranega metabolnega toka preko glikolize ter pospešenih anabolnih reakcij, ki omogočajo hitrejšo rast tumorskih celic in olajšajo proliferacijo.
Razjasnitev tega fiziološkega fenomena pri raku bo pomenila pomemben prispevek k razumevanju te bolezni in zelo verjetno predstavljala novo tarčo za zaviranje razvoja tumorjev s primernimi učinkovinami.
Pomen za razvoj znanosti
Za maligne rakaste celice je značilen preklop iz oksidativne fosforilacije na glikolitičen metabolizem (t.i. Warburgov efekt). Okvarjen energetski metabolizem pri rakastih celicah je bil celo predlagan kot ena od temeljnih značilnosti rakastih celic. Do sedaj je veljalo, da je bistveni dejavnik, ki naj bi bili odgovoren za takšno stanje povečana ekspresija transkripcijskih faktorjev c-MYC in HIF-1, ki naj bi omogočala močnejšo ekspresijo genov za glikolitične encime. Vendar pa povečana količina teh encimov, kljub višji specifični aktivnosti, ohrani sposobnost alosterične regulacije. Zato je za pričakovati, da mora priti do korenitih sprememb tudi pri regulaciji delovanja teh encimov, kar v končni fazi pripelje do dereguliranega metabolnega pretoka preko glikolize. Opis posttranslacijske modifikacije 6-fosfofrukto-1-kinaze, ki povzroči nastanek visokoaktivnega kratkega fragmenta rezistentnega na inhibicijo s citratom, je tako prvi takšen opis na nivoju glikolitičnih encimov in je izrednega pomena za razumevanje metabolnih sprememb, ki spremljajo transformacijo normalnih sesalčjih celic v neoplastične. Ker je kratek fragment PFK1 izredno nestabilen encim, saj se njegova kvartarna struktura hitro zruši ob ekstrakciji encima iz celic, bi lahko bil encim primerna tarča za odklop energetskega metabolizma pri raku.
Pomen za razvoj Slovenije
Rak je bolezen, ki prizadene vse ljudi in Slovenci nismo nikakršna izjema. Po podatkih Statističnega Urada v Sloveniji za rakom letno zboli več kot 10.000 ljudi zato so raziskave na področju raka več kot pomembne. Na področje raziskav raka smo zašli slučajno, saj smo se pred tem intenzivno ukvarjali s študijem regulacije metabolizma pri industrijskih mikroorganizmih. Vendar pa se je odkritje posttranslacijske modifikacije 6-fosfofrukto-1-kinaze, ki smo ga najprej opisali pri glivi Aspergillus niger, izkazalo kot zelo verjeten pojav spremembe v metabolizmu tudi pri rakastih celicah. Rezultati, ki smo jih do sedaj zbrali z delom na projektu, potrjujejo našo domnev. Domnevamo, da so raziskovalci po svetu, ki so raziskovali fenomen oksidativne glikolize pri raku (Warburgov efekt) spregledali ta fenomen predvsem zaradi izredne nestabilnosti modificiranega encima, ki zelo hitro po odstranitvi iz celic izgubi svojo aktivnost. Trenutno smo edini laboratorij na svetu, ki obvlada metodologijo merjenja encimske aktivnosti modificiranega PFK1 encima. Čeprav je težišče raziskav na področju metabolitzma pri raku v zadnjem desetletju prešlo s področja študija regulacije metabolizma na nivoju encimov na študij signalnih poti in vpletenosti onkogenov in supresorskih genov pri tem pojavu, pa predvidevamo, da bo objava naših rezultatov močno spremenila razumevanje Warburgovega efekta pri raku. Predvidevamo, da bo objava naših rezultatov pripomogla k dvigu ugleda slovenske znanosti v svetu.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2008,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2008,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
