Your browser does not support JavaScript!

Αρχική    Μηχανισμοί νευροεκφυλισμού και γήρανσης στο νηματώδη Caenorhabditis elegans : ο ρόλος της ενδοκύττωσης μέσω κλαθρίνης και της ενδοκυτταρικής μεταφοράς κυστιδίων  

Αποτελέσματα - Λεπτομέρειες

Προσθήκη στο καλάθι
[Προσθήκη στο καλάθι]
Κωδικός Πόρου 000351331
Τίτλος Μηχανισμοί νευροεκφυλισμού και γήρανσης στο νηματώδη Caenorhabditis elegans : ο ρόλος της ενδοκύττωσης μέσω κλαθρίνης και της ενδοκυτταρικής μεταφοράς κυστιδίων
Άλλος τίτλος Molecular mechanisms of neurodegeneration and ageing in the nematode C. elegans
Συγγραφέας Τρουλλινάκη, Κωστούλα
Σύμβουλος διατριβής Οικονόμου, Αναστάσιος
Ταβερναράκης, Νεκτάριος
Περίληψη Ο νεκρωτικός κυτταρικός θάνατος είναι ένας τύπος θανάτου που ενεργοποιείται κάτω από έντονο στρες και εμπλέκεται σε πολλές παθολογικές καταστάσεις, όπως τα εγκεφαλικά επεισόδια και η ισχαιμία, καθώς και σε νευροεκφυλιστικές ασθένειες όπως το Alzheimer, το Parkinson, η Huntington και η σκλήρυνση κατά πλάκας ή ALS. Πρόσφατες μελέτες έδειξαν ότι οι μηχανισμοί της νέκρωσης είναι συντηρημένοι από τους νηματώδεις μέχρι τον άνθρωπο και περιλαμβάνουν φυσιολογικές διαδικασίες του κυττάρου που αποσταθεροποιούνται κάτω από αντίξοες συνθήκες και αποβαίνουν καταστροφικές. Στο νηματώδη Caenorabditis elegans, οι νευρώνες που εκφράζουν μεταλλαγμένες πρωτεΐνες της οικογένειας των degenerins (ιοντικά κανάλια) πεθαίνουν με ένα τρόπο που παρουσιάζει παρόμοια μορφολογικά και υποκυτταρικά χαρακτηριστικά με τον νεκρωτικό θάνατο νευρώνων θηλαστικών, που προκαλείται από την υπερδιέγερση τους μετά από ισχαιμία. Μελέτες ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σε νευρώνες C. elegans που πεθαίνουν λόγω του ότι εκφράζουν μια τοξική μορφή της πρωτεΐνης MEC-4 (μια degenerin) έδειξαν ότι η πρώτη εμφανής ανωμαλία είναι η αναδίπλωση της πλασματικής μεμβράνης και η παρουσία μικρών περιελίξεων ή δακτυλίων (Hall et al., 1997). Οι περιελίξεις αυτές εσωτερικεύονται και σχηματίζουν μεγάλες μεμβρανικές δομές. Τα υποκυτταρικά αυτά χαρακτηριστικά υποδεικνύουν ότι ο εκφυλισμός μπορεί να εμπλέκει αυξημένη ενδοκύττωση στην πλασματική μεμβράνη και ενδοκυτταρική μετακίνηση μεμβρανών και κυστιδίων. Είναι ενδιαφέρον το γεγονός ότι διακοπτόμενη ενδοκυτταρική μεταφορά έχει συσχετιστεί με ανθρώπινες νευροεκφυλιστικές ασθένειες όπως το Alzheimer (Katayama et al., 1999; Nixon et al., 2000; Sherrington et al., 1995), η Huntington (Davies et al., 1997; DiFiglia et al., 1995) και η σκλήρυνση κατά πλάκας ή ALS (De Vos et al., 2007; Kieran et al., 2005). Στη διατριβή αυτή χρησιμοποιήσαμε το Caenorabditis elegans, ένα καλά χαρακτηρισμένο μοντέλο για τη μελέτη του νεκρωτικού κυτταρικού θανάτου, με σκοπό να εξετάσουμε την συμβολή της ενδοκύττωσης μέσω κλαθρίνης και της ενδοκυτταρικής μετακίνησης κυστιδίων στη νέκρωση. Η ενδοκύττωση εξυπηρετεί πολλές λειτουργίες στα ευκαρυωτικά κύτταρα όπως η πρόσληψη μορίων από τον εξωκυττάριο χώρο, η ρύθμιση σηματοδοτικών μονοπατιών, η ανακύκλωση πρωτεϊνών προς το Golgi και την πλασματική μεμβράνη και η αποικοδόμηση πρωτεϊνών από το εκκριτικό και ενδοκυτταρικό μονοπάτι. Επιπλέον, η ενδοκύττωση απαιτείται και για την ανάκτηση των συστατικών των συναπτικών κυστιδίων μετά από την απελευθέρωση των νευροδιαβιβαστών που έπεται της διέγερσης των νευρώνων (Cremona and De Camilli, 1997; Harris et al., 2001). Η ενδοκύττωση μέσω κλαθρίνης βρέθηκε ότι είναι απαραίτητη για το νεκρωτικό κυτταρικό θάνατο στο νηματώδη καθώς η έλλειψη ή η δυσλειτουργία πρωτεϊνών που συμμετέχουν σε όλα της τα στάδια καταστέλλει τον νευροεκφυλισμό που επάγεται από διάφορα ερεθίσματα –τόσο γενετικά όσο και περιβαλλοντικά. Η μελέτη της αλληλεπίδρασής της με γνωστούς τελεστές νέκρωσης αποκάλυψε ότι συνεργάζεται με τις ενδοκυτταρικές πρωτεάσες καλπαΐνες και τις λυσοσωμικές καθεψίνες, ενώ δρα παράλληλα με την αυτοφαγία και τη V-ATPase για την διεξαγωγή του κυτταρικού θανάτου. Η παρακολούθηση των δομών που προκύπτουν από την ενδοκύττωση και εισέρχονται στο ενδοκυττωτικό μονοπάτι κατά τον νευροεκφυλισμό σε ζωντανούς νευρώνες, με τη χρήση ειδικών φθορίζοντων δεικτών, έδειξε ότι ο αριθμός των πρώιμων και ανακυκλώσιμων ενδοσωμάτων αυξάνεται κατά τα πρώτα στάδια του θανάτου ενώ μειώνεται στη συνέχεια, σε σχέση με τους φυσιολογικούς νευρώνες. Όσον αφορά τα καλυμμένα με κλαθρίνη βοθρία ή κυστίδια, βρέθηκε ότι ο αριθμός τους δεν μεταβάλλεται σημαντικά στην αρχή της νέκρωσης ενώ στα επόμενα στάδια ελαττώνεται πολύ. Οι κινεσίνες είναι πρωτεΐνες κινητήρες που μεταφέρουν άλλες πρωτείνες και οργανίδια, όπως λυσοσώματα, μιτοχόνδρια και ενδοσώματα κατά μήκος των μικροσωληνίσκων. Μεταλλαγές σε γονίδια που κωδικοποιούν για κινεσίνες σε νευρικά κύτταρα έχουν συσχετιστεί με πολλές ανθρώπινες νευροεκφυλιστικές ασθένειες. Στην παρούσα εργασία εξετάστηκε η συμβολή δυο διαφορετικών κινεσινών (της μονομερούς κινεσίνης UNC-104 και της UNC-116 που είναι η βαριά αλυσίδα της κινεσίνης 1) στη νέκρωση και βρέθηκε ότι απαιτούνται για τη διεξαγωγή αυτού του είδους του θανάτου. Η δυσλειτουργία τους περιορίζει τον νευροεκφυλισμό που επάγεται από διάφορα αίτια, χωρίς ωστόσο να επηρεάζει την μεταφορά της τοξικής πρωτεΐνης που χρησιμοποιείται. Οι κινεσίνες αυτές φάνηκε ότι δρουν στο ίδιο μονοπάτι με τις καλπαΐνες και παράλληλα με την αυτοφαγία και την αντλία πρωτονίων V-ATPase όσον αφορά το ρόλο τους στη νέκρωση. Επιπλέον, η κινεσίνη UNC-104 συνεργάζεται με τις λυσοσωμικές πρωτεάσες καθεψίνες ενώ η κινεσίνη 1 φαίνεται ότι δρα παράλληλα με αυτές. Με βάση τα ευρήματα της παρούσας διατριβής προτείνεται ότι η ενδοκύττωση μέσω κλαθρίνης και η μεταφορά από τις κινεσίνες είναι δυο διαδικασίες που αποσταθεροποιούνται κατά τη νέκρωση και συνεισφέρουν στην καταστροφή του κυττάρου. Η παρέμβαση, επομένως, στις κυτταρικές αυτές λειτουργίες θα μπορούσε να προστατεύσει ακόμα και τους ανθρώπινους νευρώνες από τον νευροεκφυλισμό. Η πρωτεινοσύνθεση είναι μια σημαντική κυτταρική διαδικασία που επηρεάζει την αύξηση του κυττάρου, την αναπαραγωγή και την επιβίωση, ανάλογα με τα σήματα που δέχεται το κύτταρο. Μελέτες σε πολλούς οργανισμούς, συμπεριλαμβανομένου και του ανθρώπου, έδειξαν οτι η γήρανση συνοδεύεται από αλλαγές τόσο στη γενική όσο και στην ειδική πρωτεϊνοσύνθεση (Ward, 2000). Η ενεργότητα πολλών μεταφραστικών παραγόντων εξασθενεί με την ηλικία (Kimball et al., 1992; Moldave et al., 1979; Takahashi et al., 1985; Vargas and Castaneda, 1981, 1983) και ο ρυθμός της πρωτεϊνοσύνθεσης μειώνεται (Lee et al., 1999a; Rattan, 1996). Οι αλλαγές αυτές υποδεικνύουν ότι η διαδικασία της γήρανσης συνδέεται με τη ρύθμιση της μετάφρασης. Ωστόσο, οι μελέτες αυτές δεν ξεκαθαρίζουν αν οι αλλαγές που αναφέρθηκαν είναι απλά επακόλουθο της διαδικασίας της γήρανσης ή αν συνεισφέρουν σ’ αυτήν. Στη διατριβή αυτή τροποποιήσαμε την μετάφραση επιδρώντας σε ένα πρωτεϊνικό παράγοντα που συμμετέχει στην διαδικασία της έναρξης, τον ευκαρυωτικό παράγοντα έναρξης 4E (eukaryotic initiation factor 4E-; eIF4E). Ο eIF4E είναι ένας βασικός ρυθμιστής της πρωτεϊνοσύνθεσης καθώς προσδένει τα 7-methyl guanosine καλύμματα στο 5’ άκρο όλων των πυρηνικών mRNAs και μεσολαβεί για το σχηματισμό του εναρκτήριου συμπλόκου (Gingras et al., 1999). Το γονιδίωμα του C. elegans κωδικοποιεί για 5 ισομορφές αυτού του παράγοντα, που ονομάζονται IFE-1 εως IFE-5 και διαφέρουν στην ειδικότητα του καλύμματος που αναγνωρίζουν και στις περιοχές που εκφράζονται (Keiper et al., 2000). Η απενεργοποίηση καθενός από αυτά τα γονίδια αποκάλυψε ότι η έλλειψη μόνο μιας συγκεκριμένης eIF4E ισομορφής , του IFE-2, που λειτουργεί στους σωματικούς ιστούς, μειώνει την πρωτεινοσύνθεση, προστατεύει από το οξειδωτικό στρες και αυξάνει τη διάρκεια ζωής του C. elegans (Syntichaki et al., 2007). Η έλλειψη των τριών άλλων ισομορφών που εκφράζονται στη γαμετική σειρά (IFE-1, IFE-3 ή IFE-5) ή του IFE-4 (Dinkova et al., 2005), μιας ακόμα σωματικής ισομορφής, που ρυθμίζει τη μετάφραση μιας μικρής ομάδας mRNAs, δεν επηρέασε την διάρκεια ζωής του οργανισμού. Η αύξηση της διάρκειας ζωής που προέρχεται από τα σωματικά κύτταρα επιβεβαιώθηκε και από το γεγονός ότι η απουσία λειτουργικής γαμετικής σειράς δεν καταργεί την επίδραση που έχει η έλλειψη του IFE-2. Η εξέταση της σύνδεσης μεταξύ της πρωτεϊνοσύνθεσης και άλλων γνωστών μηχανισμών που επηρεάζουν τη γήρανση έδειξε ότι είναι ανεξάρτητη της σηματοδότησης από ινσουλίνη/ IGF- 1 (insulin/IGF-1 signaling), καθώς η έλλειψη του IFE-2 αυξάνει ακόμα περισσότερο τη ζωή των μακρόβιων daf-2 και age-1 μεταλλαγμάτων (Friedman and Johnson, 1988; Kenyon et al., 1993; Kimura et al., 1997). Επιπλέον, η επιμήκυνση της ζωής είναι ανεξάρτητη από τον μεταγραφικό παράγοντα DAF-16 που μεσολαβεί για την επίδραση του insulin/IGF-1 σηματοδοτικού μονοπατιού στη γήρανση (Kenyon, 2005). Παρομοίως, η έλλειψη του IFE-2 αυξάνει ακόμα περισσότερο τη ζωή των μακρόβιων clk και eat μεταλλαγμάτων (Hekimi et al., 1995; Lakowski and Hekimi, 1996, 1998). Η μείωση της ενεργότητας της κινάσης TOR που ελέγχει την πρωτεϊνοσύνθεση ανάλογα με τα διαθέσιμα θρεπτικά αυξάνει ακόμα περισσότερο τη ζωή των ife-2 μεταλλαγμάτων (Gingras et al., 2004; Proud, 2007). Επομένως, η διατριβή αυτή αποκαλύπτει μια νέα σύνδεση μεταξύ της πρωτεϊνοσύνθεσης και της γήρανσης προτείνοντας ότι η σηματοδότηση μέσω του eIF4E στα σωματικά κύτταρα είναι ένα νέο μονοπάτι που επηρεάζει τη γήρανση στο C. elegans. Η πρωτεϊνοσύνθεση είναι μια από τις πιο πολυδάπανες ενεργειακά διαδικασίες του κυττάρου που καταναλώνει περίπου το 50% της συνολικής ενέργειας (Proud, 2002). Τα μεταλλάγματα ife-2 εμφανίζουν μειωμένους ρυθμούς πρωτεινοσύνθεσης απ’ οτι τα αγρίου τύπου ζώα. Με βάση τα αποτελέσματα της διατριβής αυτής προτείνεται ότι η μείωση της πρωτεϊνοσύνθεσης στο σώμα οδηγεί σε σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας που μπορεί να διοχετευτεί σε κυτταρικούς μηχανισμούς επιδιόρθωσης και διατήρησης , συνεισφέροντας έτσι στην επιμήκυνση της ζωής. Σύμφωνο με την υπόθεση αυτή είναι το γεγονός ότι η έλλειψη του IFE-2 βρέθηκε ότι προστατεύει τα ζώα από το οξειδωτικό στρες που επάγεται από το paraquat ή το NaN3 και βελτιώνει σημαντικά την ζωή των mev-1 μεταλλαγμάτων που είναι υπερ-ευαίσθητα στο οξειδωτικό στρες και ζουν λίγο (Ishii et al., 1998).
Φυσική περιγραφή 213 σ. : εικ. ; 30 εκ.
Γλώσσα Ελληνικά
Θέμα Cell death
Necrosis
Neuron
Protein synthesis
eIF4E
Κυτταρικός θάνατος
Νέκρωση
Νευρώνας
Πρωτεινοσύνθεση
Ημερομηνία έκδοσης 2009-09-24
Συλλογή   Σχολή/Τμήμα--Σχολή Θετικών και Τεχνολογικών Επιστημών--Τμήμα Βιολογίας--Διδακτορικές διατριβές
  Τύπος Εργασίας--Διδακτορικές διατριβές
Εμφανίσεις 85

Ψηφιακά τεκμήρια
No preview available

Προβολή Εγγράφου
Εμφανίσεις : 12