Projekti / Programi
Celična fiziologija1 10-7
01. januar 2009
- 31. december 2014
| 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 |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 3.01 |
Medicinske in zdravstvene vede |
Temeljna medicina |
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 (40)
Organizacije (3)
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. Pri našem delu smo uporabili najnaprednejše metode in odkrili, da so proteini, ki so pomembni za proces uravnavanja fuzije razporejeni v skupku in da je na mešičku manj kot 25 teh proteinov. Čeprav predlagano raziskovalno delo ni neposredno povezano s specifičnim bolezenskim stanjem, verjamemo, da bo 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 iz mešičkov je ozko grlo, ki ga je treba poznati zaradi možnega razvoja novih strategij za zdravljenje ne le endokrinih pač pa nevroloških motenj. Poznavanje uravnavanj afuzijske pore je tudi pomembno za načrtovanje proizvodnje rekombinantnih proteinov, saj se tudi ti skladiščijo v mešičkih in se izločajo, ko se fuzijska pora razširi. Poznavanje teh mehanizmov pa je poznano le v obrisih. Šele pred nedavnim so opisali pomembno vlogo astrocitov pri delovanju centralnega živčnega sistema in sicer prav z raziskavami na posameznih celicah. Te celice imajo ključno homeostatično vlogo v osrednjem živčevju, zato je logično, da se bodo bodoča zdravila osredotočala na uravnavanje funkcije teh celic v možganih pri boleznih. Naše odkritje, da prvo oralno zdravilo za zdravljenje multiple skleroze deluje na astrocite, na mobilnost mešičkov in na izločanje signalnih molekul iz mešičkov, je odprlo nove načelne možnosti za razvoj zdravil za nevrološke bolezni, katerih tarča so celice glija.
Pomen za razvoj Slovenije
Celična fiziologija je temeljna disciplina, ki prispeva k razvoju novih terapevtskih in diagnostičnih metod v moderni molekulski medicini. Strategija, ki podpira temeljne in aplikativne raziskave na celični ravni, predstavlja pot, ki bo omogočila prenos znanja 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 matičnih 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.
Avdiovizualni viri (1)
| št. |
Naslov (s povezavo na video) |
Dogodek |
Vir |
| 1. |
Celična fiziologija1 10-7 |
Pro(mo)gram - predstavitveni filmi raziskovalnih programov |
Video predstavitev raziskovalnega programa
|
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
