Projekti / Programi
Celična fiziologija1 10-7
01. januar 2004
- 31. december 2008
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 3.03.00 |
Medicina |
Nevrobiologija |
|
| 4.06.00 |
Biotehnika |
Biotehnologija |
|
| 2.06.00 |
Tehnika |
Sistemi in kibernetika |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B470 |
Biomedicinske vede |
Fiziologija |
celična fiziologija, celično inženirstvo, celične kulture, adipociti, hipofizne celice, klonalne celice, inzulin, sekrecija, prolaktin, laktotrofi, hipofizni hormoni, fiziologija mitohondrija, eksocitoza, endocitoza, homeostaza kalcija, membranska kapacitivnost, elektrofiziologija, konfokalna mikroskopija, imunohibridomi, celična fuzija, biomedicinska merilna oprema
Raziskovalci (17)
Organizacije (2)
Povzetek
Kemični prenašalci in hormoni se v evkariontski celici skladiščijo v mešičkih, ki so obdani z 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 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 endokrinih celicah, drugje je tudi prisoten, npr. v adipocitih, srčnih mišičnih vlaknih, celicah imunskega sistema, v fotoreceptorjih, v celicah glije 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 fiziološke lastnosti eksocitoze. Na drugi strani pa nekateri menijo, da obstaja le en t.i. sekvenčni mehanizem eksocitoze v celici.
Da bi preverili zgoraj omenjene hipoteze, bomo študirali sekrecijsko aktivnost v več tipih celic, posebej na modelnih celicah hipofize, celicah sprednjega in srednjega režnja podganje hipofize. Te celice so specializirane za sproščanje hormonov, kot so prolaktin, beta-endorfin in alfa-MSH. Ti hormoni med drugim sodelujejo pri odgovoru na stres, pri uravnavanju aktivnosti imunskega sistema, pri uravnavanju telesne temperature, v mehanizmih uravnavanja telesne teže in drugod. Poleg tega bomo študirali tudi fiziologijo mitohondrijev in sekrecijsko aktivnost posameznih astrocitov, adipocitov in skeletnih mišičnih vlaken.
Fuzija membran nastopa pri dozorevanju celic, npr. pri nastanku mišičnih vlaken. Za čisto uporabne namene (npr. priprava monoklonskih protiteles) pa se uporablja fuzijo tudi za pripravo hibridnih celic, ki sestojijo iz dveh ali več različnih celic. Po spojitvi membran nastane ena celica, ki ima lastnosti obeh celic. Posebej pomembna je priprava hibridomov za potrebe adjuvantnega zdravljenja rakavih bolezni, kjer tumorske celice spojimo s celicami, ki prezentirajo antigene celicam imunskega sistema.
Cilj predlaganega programa je dvojen: na eni strani razumeti temeljne mehanizme fuzije membrane v fizioloških procesih eksocitoze in na drugi strani uporabiti poznavanje mehanizmov fuzije membran pri razvoju tehnologij priprave hibridnih celic in pri razvoju t.i. "celičnih priprav: celičnih čipov" za namene zdravljenja.
Pomen za razvoj znanosti
Raziskovalno delo izvedenega programa je pomembno na več ravneh. Predvsem nudi novo znanje o splošnih bioloških procesih na celični ravni, ki so trenutno še slabo raziskani, na primer eksocitoza, transport mešičkov, citosolna homeostaza sekundarnih prenašalcev in metabolitov. Poleg tega delo predstavlja modelni sistem za proučevanje »funkcionalne genomike in proteomike«. Pri večini zapletenih bioloških procesov, ki vključujejo delovanje različnih genov in proteinov, ni mogoče spremljati fiziološkega procesa v času v živih organizmih. Pri študiju takšnih bioloških procesov se uporabljajo posamezne celice in pa številne tehnike, ki jih uporabljamo bodisi posamezno ali pa sočasno v kombinaciji z drugimi tehnikami. Pri tem želimo odgovoriti na vprašanja glede lastnosti posameznih funkcionalnih modulov, ki prispevajo k delovanju posamezne celice in pa celotnega organizma. Na takšen način lahko proučujemo proces eksocitoze pri laktotrofih. Dinamiko mešičkov pred in po eksocitozi lahko proučujemo tudi pri posameznih celicah, na primer pri astrocitih. Recentne raziskave kažejo, da so astrociti zelo pomembni pri procesiranju informacij v centralnem živčnem sistemu, tako v bolezenskem kot tudi normalnem stanju. Zelo slabo je proučen proces transporta mešičkov v citosolu, pri katerem sodelujejo sekundarni prenašalci in metaboliti. Pri proučevanju tega procesa so zelo pomembne optične tehnike v kombinaciji s fluorescenčnimi molekulskimi označevalci, s pomočjo uporabe le-teh pa se bodo na tem področju v prihodnje odprle nove pomembne smeri raziskav. Pri našem delu smo uporabili tudi preparate tkivnih rezin, in tako smo funkcijo posamezne celice lahko proučevali tudi v okolju, ki je bliže delovanju celice v tkivu. Čeprav predlagano raziskovalno delo ni neposredno povezano s specifičnim bolezenskim stanjem, verjamemo, da bo nekoč pripomoglo k ohranitvi in vzpostavljanju zdravja ljudi. Anteriorni hipofizni hormoni uravnavajo pomembne telesne funkcije kot so rast, razvoj, razmnoževanje in odzivi na stres. Sproščanje teh hormonov uravnavajo faktorji, ki jih sproščajo nevroni (pars intermedia) ali pa cirkulirajoči hipotalamusni faktorji. Le-ti uravnavajo eksocitozo preko interakcij s specifičnimi površinskimi membranskimi receptorji in posledično aktivacijo znotrajceličnih signalnih mehanizmov. Ključnega pomena pri razumevanju nevroendokrine integracije je, da razumemo mehanizme, ki uravnavajo eksocitozo. Šele pred nedavnim so opisali pomembno vlogo astrocitov pri delovanju centralnega živčnega sistema in sicer prav z raziskavami na posameznih celicah. Proučevanje vloge uravnavane eksocitoze v celicah, ki imajo pomembno vlogo pri presnovnem sindromu in sladkorni bolezni, bo pripomoglo k razvoju novih diagnostičnih in terapevtskih pristopov. V okviru raziskovalnega dela smo proučevali poleg temeljnih fizioloških/biofizikalnih aspektov eksocitoze, transporta mešičkov, citosolne signalizacije s sekundarnimi prenašalci in metaboliti, tudi nove aspekte fiziološke delovanja celic v tkivih, transporta mešičkov in homeostaze citosola in sicer v povezavi z nevrodegeneracijo, možganskimi poškodbami, presnovnim sindromom in sladkorno boleznijo.
Pomen za razvoj Slovenije
Celična fiziologija je temeljna disciplina, ki prispeva k razvoju novih terapevtskih in diagnostičnih metod v moderni molekularni medicini. Strategija, ki podpira temeljne in aplikativne raziskave na celični ravni, predstavlja pot, ki bo omogočila prenos informacij v podporo hitrejšemu razvoju celotne družbe, vključno slovenske. Bazične raziskave so ključne za izobraževanje bodočih strokovnjakov in širše javnosti. Širša javnost mora biti poučena o razvoju celične biologije in molekularne medicine. Na primer, najnovejše obetajoče raziskave na področju izvornih celic, subcelične fiziologije, celičnega inženirstva, transplantacije celic, biologije in mehanizmov določenih bolezni, mehanizmov zdravljenja, itd. morajo biti predstavljene širši javnosti. Nadalje, reševanje problemov v okviru svetovnih problemov na najvišji možni metodološki ravni bo prispevalo k večji prepoznavnosti, kredibilnosti in kompetentnosti celotne slovenske družbe. Strokovno znanje s področja celične fiziologije, ki je v Sloveniji prisotno že nekaj desetletij, je potrebno za spodbujanje hitrejšega razvoja in ne le v Sloveniji, pač pa globalnem smislu.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
