Projekti / Programi
Molekularna celična fiziologija
01. januar 1999
- 31. december 2003
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 3.03.00 |
Medicina |
Nevrobiologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B470 |
Biomedicinske vede |
Fiziologija |
| B002 |
Biomedicinske vede |
Biofizika |
| T490 |
Tehnološke vede |
Biotehnologija |
| B480 |
Biomedicinske vede |
Endokrinologija, sekretorni sistemi, diabetologija |
| B210 |
Biomedicinske vede |
Histologija, citokemija, histokemija, tkivna kultura |
| B140 |
Biomedicinske vede |
Klinična fizika, radiologija, tomografija, medicinska instrumentacija |
exocytosis, membrane capacitance, cell calcium, second messengers, GTP-binding proteins, pituitary cells, patch-clamp, regulated secretion, membrane trafficking, ion channels, amperometry, confocal microscopy, microinjection, antisense technology
Raziskovalci (8)
Organizacije (1)
Povzetek
Kemični prenašalci in hormoni se skladiščijo v celici v mešičkih, ki so obdani s celično membrano. Da bi se v mešičkih skladiščene snovi lahko sprostile v zunajcelični prostor, pride do fuzije med membrano mešička in plazmalemo. Ta proces imenujemo eksocitoza. Če je za sprožitev eksocitoze potreben dražljaj, govorimo o regulirani eksocitozi. V primeru, da pa ta poteka brez dražljaja, govorimo o konstitutivni eksocitozi. V človeškem telesu praktično ni celice, ki ne bi opravljala eksocitoze. V nekaterih tipih celic je ta proces posebej specializiran, npr. v nevronih in endokrinh celicah, drugje je tudi prisoten, npr. v adipocitih, srčnih mišičnih vlaknih, celicah imunskega sistema, v fotoreceptorjih, v celicah glie in drugod. Kljub temu, da je to univerzalni proces vseh evkariontskih celic, vemo razmeroma malo, kako se ta proces uravnava na molekularni ravni. V zadnjem desetletju so raziskovalci opisali, da je s tem procesom povezanih več deset beljakovin, a ni znano katere beljakovine med sabo reagirajo in v kakšnem vrstnem redu, da eksocitoza poteka uravnavano. Postavljena je hipoteza, da obstaja skupni imenovalec, skupni temeljni molekularni skelet, ki omogoča eksocitozo, ter da se na to molekularno osnovo z vezavo drugih beljakovin lahko spremenijo tudi specifične lastnosti eksocitoze. Poleg tega trenutno dominira hipoteza, da obstaja le ena pot eksocitoze v celici. Rezultati nekaterih skupin pa kažejo, da je ta t.i. sekvenčni model uravnavane eksocitoze le preveč preprost, ter da ga bo potrebno dograditi. Da bi preverili zgoraj omenjene hipoteze, bomo študirali sekrecijsko aktivnost v več celicah, posebej na modelni celici, v melanotrofih srednjega režnja podganje hipofize. Te celice so specializirane za sproščanje hormonov, ki nastanejo s proteolizo proopiomelanocortina. Sproščeni hormoni (npr. beta endorfin in alfa MSH) sodelujejo med drugim pri odgovoru na stres, pri uravnavanju aktivnosti imunskega sistema, pri uravnavanju telesne temperature, v mehanizmih uravnavanja telesne teže in drugod. Za spremljanje sekretorne aktivnosti posameznega melanotrofa bomo uporabili elektrofiziološke metode za meritve membranske kapacitete, ki smo jo razvili v našem laboratoriju, ter amperometrične metode. Membranska kapacitete je sorazmerna površini celice in elektrofiziološko lahko detektiramo tudi interakcijo (eksocitozo) posameznega mešička s plazmalemo. Ker je temeljni dražljaj v regulirani eksocitozi nevronov in endokrinih žlez povečana aktivnost citosolnega kalcija, smo v zadnjih letih uvedli vrsto metod za povečevanja te količine v celici. Za hitro in prostorsko homogeno povečevanje kalcija v celici uporabljamo metodo fotolize vklenjenih snovi, iz katerih se po blisku UV svetlobe sprosti vezan kalcijev ion. Meritve aktivnosti kalcija opravimo s fluorescenčnimi indikatorji fura 2 in furaptra. Vlogo specifičih beljakovin v procesu eksocitoze določimo tako, da mikroinjiciramo v celico posebne snovi. To so orodija za specifično manipulacijo tarčnih beljakovin (antisense tehnologija, rekombinantne beljakovine, divje in mutirane, protitelesa, specifični toksini..). Prepričani smo, da nam opisani pristopi omogočajo konkurenčen in originalen pristop in zaradi tega dobre možnosti pri spoznavanju molekularnih mehanizmov uravnavane eksocitoze, procesa, ki je univerzalen, a fragmentarno poznan. Predvidevamo, da bodo koraki na tem področju potencialno vplivali na razumevanje številnih patoloških procesov.
Pomen za razvoj znanosti
Za poznavanje fiiziologije in patofiziologije človeka bo potrebno poznati tudi vlogo vseh beljakovin v telesu. V kratkem času, le v desetih do petnajstih letih, bomo poznali celotno zaporedje človeškega genoma. V organizmih, kjer je zaporedje genoma poznano se kaže, da so geni običajno pomnoženi (redundantni geni). Zato se postavlja vprašanje ali je tudi vloga beljakovin, ki jih kodirajo redundantni geni, tudi redundantna. Izziv za znanost bo ugotoviti, kakšna sploh je fiziološka vloga teh genov v normalnih in patoloških procesih. To področje raziskav (molekularna celična fiziologija) ponekod imenujejo fiziološka genetika (Physiological-Functional Genetics). Po nekaterih izračunih bo znanstvenike zaposlilo za sto do dvesto let. Študije na ravni posamezne celice so prav posebnega pomena, saj so celice so sestavni del organizma in praviloma nosilec fizioloških in patoloških procesov. Zato je ključnega pomena za razumevanje številnih patoloških procesov razumevanje vloge specifičnih beljakovin na ravni posamezne celice. Ta smer je pomembna v svetovnem merilu. Predlagani predlog programa, pa se umešča prav v ta okvir raziskav. To narekuje uporabo posebnih metodologij in tehnologij. Že več kot deset let smo se sistematično opremljali, da bi lahko stregli tem zahtevam. V tem trenutku smo razmeroma dobro opremljeni, saj smo uvedli kar nekaj metod, ki omogočajo raziskave na ravni posamezne celice ali njenih delov. To nam veča konkurenčnost, za bodočnost pa prispeva k suverenosti na tem področju raziskav.
Pomen za razvoj Slovenije
Predlagani raziskovalni program sodi v temeljno znanost, katere namen je povečevanje bogastva znanja. To je esencialno za obstoj in razvoj kulturne identitete R.Slovenije, saj prav zmožnost reševanja univerzalnih problemov človeštva (bimedicina, medicina) omogoča R. Sloveniji enakovrednost in tekmovalnost v mednarodnem prostoru.Poleg tega smo na temelju bazičnih izsledkov v povezavi z industrijo razvili raziskovalne tehnologije, ki se trenutno tržijo in so bile prenesena v laboratorije po svetu (Cambridge, Anglija; Pariz, Francija; Milano, Italija; Bangalore, Indija; Seul, Koreja; Trst, Italija; Goettingen, Nemčija).Tretji pomemben razlog za Slovenijo pa je vzgoja visokokvalificiranega kadra, ki je usposobljen za inovativno, neodvisno in samostojno reševanje kompleksnih (in univerzalnih) problemov. Tak kader naj bi predstavljal steber za družbo, ki bi naj ustvarjala novo vrednost z uporabo znanja.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo
