Mitokondrian REDOX- järjestelmästä . Solu ja tuma. Apoptoosista näkökohta.

http://openi.nlm.nih.gov/imgs/512/261/3217885/3217885_1471-2377-11-139-4.png
KUVA MITOKONDRIASTA


WIKIPEDIA ANTAA alla   HYVÄN KUVAN KOKO SOLUSTA JA TUMASTA, MISSÄ SIGNAALITAPAHTUMIEN RUNKO ON ESITETTYNÄ.
HYVÄÄN TOIMINTAAN KUULUU VAHINGOLLISTEN SIVUTUOTTEIDEN  DETONOIMINEN, JÄTTEEN HÄVITYS, DNA:N JA PROTEIINIEN KORJAUS  JA OKSIDATIIVINEN REDOX TASAPAINO, MUTTA  JOKAINEN YKSITTÄINEN TAPAHTUMA ON ERIKSEEN  KATSOTTAVA. Alemmassa kuvassa taas ei näy mitokondria vaan solu ja tuma.
 APOPTOOSIIN JOHTAVA  TIE JA p53  näkyy kuvassa:
http://en.wikipedia.org/wiki/Signal_transduction#Redox_signaling

NORMAALI APOPTOOSI

Lähde Björkhem Bergman Linda.

Thioredoxin reductase and selenium in carcinogenesis and multidrug resistance.

 Karolinska Institutet 2004 ISBN917349-954-4.

“Apoptoosi on solun ohjelmoitu kuolema. Siinä prosessissa tapahtuu monimutkainen tarkasti säädelty solun sisäisten tapahtumien sarja, kaskadi, joka johtaa solun kuolemaan sen oman ohjelman johdosta. Apoptoosi sana tulee kreikasta ja tarkoitta poistippumisa viitaten siihen samantapaiseen ilmiöön kuin puu tiputtaa lehtiään tietyssä olosuhteessa. Solun nekroottisesa kuolemassa silloin kun solua on kohdannut vaurio, vapautuu solun sisältö sen ulkopuolelle ja aiheuttaa tulehdusreaktion, mutta solun apoptoottisessa kuolemassa ei aiheudu mitään tulehduksellista vastetta ulospäin.

Apoptoosi on aktiivi. Se kuluttaa ATP-energiaa. Prosessiin liittyy solun kutistuminen, Sytokromi c erkanee mitokondriasta, Cyt c on happimolekyylin vastaanottaja. Solu “huokaisee henkensä pois” , kun sytokromi irtoaa sen energiatehtaasta. Kromatiiniaines kondensoituu, tiivistyy, DNA fragmentoituu, pirstoutuu ja plasmakalvo alkaa kupruilla, rakkuloitua ja lopultaa muodostuu apoptoottisia hiukkasia siitä mikä oli elävä solu. Koska mitään jätettä ei vuoda solun ulkopuolelle, vältytään kudoksen tulehdukselta. Fagosytoivia soluja ei ole havaittavissa soluviljelmissä, jotka ovat keinotekoisia malleja tutkittaessa apoptoosia ja siten tapahtuu sekundäärinen nekroosi.

Apoptoosi on luonnollisesti hyvin tärkeä prosssi normaalissa ihmisalkion kehityksessä, sillä sen avulla sorvautuu esiin hienot piirteet ja jäsenet, kuten sormet ja varpaat. Kudos tasapainossa, homeostaasissa normaalin solunudistumisen ja solukuolemans kesken apoptoosilla on pääosa. Esimerkiksi vertamuodostavan kudoksen täytyy omata normaali apoptoosi, jossa päivittäin katoaa tuhansia miljoonia valkosoluja. Jos tämä apoptoosi ei toimisi normaalisti (dysregulaatio) seuraisi useitasairaustiloja kuten autoimmuniteettia ja neurodegeneratiivisia sairauksia. Useimmissa syöpäsoluissa on apoptoottista koneistoa vikuuttavia mutaatioita taustalla.

On kuvattu useita apoptoottisia signaaliteitä. Apoptoottinen prosessihan on hyvin monimutkainen. Monet solunsisäisten reaktioitten kaskadit ovat keskenään interaktiossa. Siitä huolimatta pystytään useinkin erottamaan apoptoosisignaaleissa kaksi pääryhmää: sisäinen tie välittyy mitokondriasta käsin ja ulkoinen tie välittyy ligandin kiinnittymisestän solun joihinkin kuolonreseptoreista.

Entsyymiperhe kaspaasit on hyvin tiiviisti mukana apoptoottisessa solusignaloinnissa ja vastaa apoptoosin lopullisista exekutiivisista askeleista. . On kuvattu myös kaspaasista riippumatonta apoptoosia.

Näkökohta apoptoosista ja syöpäterapioista

Syövän lääkehoidon tarkoituksena on triggeröidä syöpäsolussa esiin tuumoriselektiivinen apoptoosi. Useimmat kemoterapeuttiset aineet kuten säteilykin vaikuttavat kaspaasista riippuvan apoptoosin ja p53-välitteisen apoptoosin induktion suspekteissa soluissa. Mutta pahanlaatuisen solun kyky kiertää ja välttää apoptoosi on juuri osa tästä karsinogeenisestä prosessista. Monilla syöpäsoluilla on juuri kaspaasia aktivoivissa teissään toiminnan häiriötä ja niillä voi olla mutatoitunut p53 geeni ( the guardian of genome).Näinpä moni syöpäsolu on resistentti, vastustuskykyinen syöpäterapialle tai selektion kautta kehittää resistenssin.

Kaspaasista riippumaton apoptoositie onkin alkanut herättää huomiota mahdollisena parempana kohteena syöpäterapialle. Tämän alternatiivisen tien toiminnanhäiriöt syöpäsoluilla eivät näytä olevan niin tavallisia kuin klassisen kaspaasista riippuvan tien dysfunktiot. Mutta optimaalinen syöpäterapia vaatii mahdollisesti kuitenkin usean solukuolemaan johtavan, toisistaan riippumattoman tien aktivaatiota, jotta saataisiin paremmaksi vatustuskykyisiä syöpäsoluja tuhoava vaikutus.”

REDOX järjestelmästä Tioredoksiini (2014)

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23899494

Free Radic Biol Med. 2014 Jan;66:75-87. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2013.07.036. Epub 2013 Jul 27.

The thioredoxin antioxidant system.

Lu J¹, Holmgren A².

Abstract

•  Tioredoksiinijärjestelmään kuuluu NADPH, tioredoksiinireduktaasi (TrxR) ja tioredoksiini (Trx) ja tämä REDOX- järjestelmä on avainasemassa kehon puolustautuessa oksidatiivista stressiä vastaan  , sillä se vaikuttaa disulfidireduktaasiaktiivisuudellaan  ja säätelemällä  ditiolien ja disulfidien tasapainoa   (2SH/ SS)

The thioredoxin (Trx) system, which is composed of NADPH, thioredoxin reductase (TrxR), and thioredoxin, is a key antioxidant system in defense against oxidative stress through its disulfide reductase activity regulating protein dithiol/disulfide balance.

•  Trx- järjestelmä  tuottaa elektroneja tioleista riippuville peroksidaaseille (peroksiredoxiineille)  reaktiivisten  happilajien ja typppilajien  poistamiseksi nopeaan tahtiin.
•  Trx- antioksidanttifunktioitten osuutta nähdään myös DNA:n ja proteiinien korjausjärjestelmissä kun  se redusoi RNA-reduktaasia, metioniinisulfoxidireduktaaseja ja säätelee monien REDOX- herkkien transkriptiotekijöitten aktiivisuutta.
• Lisäksi  Trx- järjestelmällä on osansa ihmisen immuunivasteessa, virusinfektioissa ja solukuolemassa, joka seuraa   tioredoksiinin kanssa vuorovaikuttaneen  proteiinin kautta.
• Imettäväissoluissa kontrolloi soluun REDOX- miljöötä  yhdessä   (a) sytosoliset ja mitokondriaaliset  tioredoksiinisysteemit, joissa  Trx- reduktaasit ovat raskasmolekyylisiä selenoentsyymejä ja (b) glutationi(GSH)- glutaredoksiini(Grh)-  järjestelmä (NADPH,glutationireduktaasi, GSH ja Grx).

The Trx system provides the electrons to thiol-dependent peroxidases (peroxiredoxins) to remove reactive oxygen and nitrogen species with a fast reaction rate. Trx antioxidant functions are also shown by involvement in DNA and protein repair by reducing ribonucleotide reductase, methionine sulfoxide reductases, and regulating the activity of many redox-sensitive transcription factors. Moreover, Trx systems play critical roles in the immune response, virus infection, and cell death via interaction with thioredoxin-interacting protein. In mammalian cells, the cytosolic and mitochondrial Trx systems, in which TrxRs are high molecular weight selenoenzymes, together with the glutathione-glutaredoxin (Grx) system  (NADPH, glutathione reductase, GSH, and Grx) control the cellular redox environment.  

Äskettäin on havaittu että imettäväisissä  tioredoksiini (Trx) järjestelmä ja glutationi (GSH)järjestelmä  voivat  tuottaa elektroneja ristiin rastiin  ja toimia  kuin backup- systeemi toisillensa.

•  Mutta bakteereilla on  sitä vastoin  pienimolekulaarisempia TrxR entsyymeitä ja niitten reaktiomekanismi poikkeaa imettäväisten mekanismeista. Monilla bakteerilajeilla on spesifisiä tiolista (-SH)  riippuvia antioksidanttisysteemeitä ja Trx- järjestelmän merkitys niitten antioksidanttipuolustuksessa on erilainen.  Erityisesti  joistain bakteereista puuttuu GSH-Grx-järjestelmä: Näitä ovat  Helicobacter  pylori, Mycobacterium tuberculosis ja Staphylococcus aureus. Sen takia niiden järjestelmä on riippuvainen Trx- järjestelmästä elossapysymiseksi oksidanttistressissä. Tässä onkin strateginen mahdollisuus  tuhota  nämä bakteerit kohdistamalla niiden TrxR-Trx- järjestelmään. 
  

Recently mammalian thioredoxin and glutathione systems have been found to be able to provide the electrons crossly and to serve as a backup system for each other. In contrast, bacteria TrxRs are low molecular weight enzymes with a structure and reaction mechanism distinct from mammalian TrxR. Many bacterial species possess specific thiol-dependent antioxidant systems, and the significance of the Trx system in the defense against oxidative stress is different. Particularly, the absence of a GSH-Grx system in some pathogenic bacteria such as Helicobacter pylori, Mycobacterium tuberculosis, and Staphylococcus aureus makes the bacterial Trx system essential for survival under oxidative stress. This provides an opportunity to kill these bacteria by targeting the TrxR-Trx system.
Copyright © 2013 Elsevier Inc. All rights reserved.

KEYWORDS:

GPx; ; Glutathione peroxidise
GR; Glutathione reductase;
GSH; Glutathione;
GST; Glutathione transferase;
Grx; Glutaredoxin;
H. pylori; Helicobacter pylori;
M. tuberculosis; Mycobacterium tuberculosis; Mycoredoxin; Mycothione; Mycothione reductase
 Methionine-O-sulfoxide reductase; Methionine-S-sulfoxide reductase;
NADPH; Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate;
Nrf2; Nuclear factor erythroid-related factor 2;
 PDI; Protein disulfide isomerase;
RNR; Ribonucleotide reductase;
 S. aureus; Staphylococcus aureus
 Thiol peroxidase;
TrxR,  Thioredoxin;
 Thioredoxin glutathione reductase;
Thioredoxin interacting protein;
TrxR, Thioredoxin reductase;
ROS,  reactive oxygen species;

REDOX-järjestelmä. Tioredokxiini (Trx), TrxR ja NADPH Väitöskirja tioredoksiinireuktaasista TrxR . Seleeni.

LÄHDE Björkhem Bergman Linda.

Thioredoxin reductase and selenium in carcinogenesis and multidrug resistance.

URI: http://hdl.handle.net/10616/43240 Registreringsdatum: 2004-05-21

Karolinska Institutet 2004 ISBN917349-954-4.

Yhteenveto

• TAUSTA. Tioredoxiinisysteemi käsittää tioredoksiinin  , tioredoksiinireduktaasin ( pelkistäjän) (TrxR) ja NADPH:n ja se on REDOX- systeemi, yksi niistä ja tärkeä kehon puolustautuessa oksidatiiviselta stressiltä ja se osallistuu useihin soluprosesseihin kuten apoptoosiin ja solun proliferaatioon. Lisäksi TrxR on selenoentsyymi ja seleeniaineenvaihdunnan avainentsyymi.
  

 Sammanfattning:
The thioredoxin system, comprising thioredoxin, thioredoxin reductase (TrxR) and NADPH, is a redox system of great importance in the defence against oxidative stress and is involved in the regulation of several cellular processes, such as apoptosis and cell proliferation. In addition, TrxR is a selenoenzyme and is a key enzyme in selenium metabolism.

• TARKOITUS: Tutkimuksen tarkoituksena on selvittää TrR- entsyymin osuus syövän kehittymisessä ja terapiaresistenteissä syöpäsoluissa ja tutkia seleeniyhdisteiden tuumorinmuodostusta ennaltaehkäiseviä vaikutuksia ja sytotoksisuutta.
  

The aim of this study was to elucidate the role of TrxR in carcinogenesis and in resistant cancer cells and to investigate the tumor preventive effects and the cytotoxicity of selenium compounds.

• MENETELMÄT ja TULOKSET: Tässä työssä määritettiin tioredoksiinireduktaasin sijainti solun sisällä ja rekisteröitiin sen aktiivisuuksien muutokset koe-eläimissä, joihin oli kemiallisesti indusoitu maksasyövän kehitys. Normaaliin maksaan verrattuna premaligneissa neoplastisissa maksaleesioissa tioredoxiinireduktaasin (TrxR) entsyymiaktiivisuutta ja sen lähetti-RNA:n ilmenemää havaittiin olevan neljä kertaa enemmän. Solusytoplasman puolella olevan tioredoxiinireduktaasin (TrxR) aktiivisuus lisääntyi maksakudoksessa karsinogeneesiprosessin aikana verrattuna kontrollikudoksiin, kun taas mitokondrian puolella olevan tioredoksiinireduktaasin (TrxR) aktiivisuus laski.
  

In this study we have defined the subcellular localisation and recorded activity alterations of TrxR in a rat model for chemically induced hepatocarcinogenesis. Enzymatic activity as well as mRNA expression of TrxR was found to be four times higher in premalignant neoplastic liver lesions than in normal liver. The cytosolic TrxR activity increased in the premalignant liver tissue during the carcinogenetic process compared to control tissue whereas the mitochondrial activity decreased.

• Kun alettiin antaa seleniittiä syövän induktiovaiheessa, preneoplastisten maksakyhmyjen fraktion tilavuus väheni ja samalla maksavaurioalueen soluproliferaatio aleni. Seleniitin antaminen progredioitumisen aikana johti vähempään tuumorifraktion volyymiin ja tuumorien sisässä tapahtuvan proliferaation vähenemiseen.
  

During the promotion phase selenite administration significantly decreased the volume fraction of preneoplastic liver nodules in parallel with a decrease in cell proliferation in the lesions. Selenite administration during the progression phase resulted in a lower volume fraction of liver tumors and a decreased proliferation within the tumors.

• Jos rajoitettiin seleniitin anto vain dietyylinitrosaminin aloitusvaiheeseen, ei nähty preneoplastisissa maksaleesioissa volyymifraktioitten luvussa mitään vaikutusta.
  

If the selenite treatment was limited to the phase of diethylnitrosamine initiation only, no effect was seen on the number or volume fraction of preneoplastic liver lesions.

• Yrityksessään löytää uusia terapeuttisia strategioita tavallisia kemoterapioita kohtaan muodostuneeseen syöpäresistenssiin tämä tutkijaryhmä tutki seleniitin sytotoksisia vaikutuksia monilääkeresistentteihin syöpäsoluihin. Lääkeresistentit syöpäsolut osoittautuivat olevan huomattavasti herkempiä seleniitin sytotoksisuudelle kuin lääkkeille herkät syöpäsolut.
  

In an attempt to find new therapeutic strategies to cancers resistant to common chemotherapy we have examined the cytotoxic effect of selenite in multidrug resistant cancer cells. Drugresistant cells appeared to be considerably more sensitive to selenite cytotoxicity than drugsensitive cells.

• Jatkotutkimuksissa kävi ilmi kaspaasista riippumattoman seleenitin indusoiman apoptoosin läsnäolo lääkeresistenteissä soluissa. Lääkeresistenteissä soluissa havaittu seleniittiherkkyys ei johtunut ylössäätyneestä tioredoksiinireduktaasista (TrxR) , jota taas lääkeherkissä soluissa oli havaittavissa seleniittialtistuksen aikana.
  

Further studies showed presence of caspase-independent selenite-induced apoptosis in the drug-resistant cells. The selenite sensitivity observed in the drug-resistant cells was not associated with the up-regulation of TrxR seen in the drug-sensitive cells during selenite exposure.

• Jatkotutkimuksissa selviteltiin tioredoksiinireduktaasin (TrxR) osuutta seleniittin sytotoksisessa vaikutuksessa ja käytettiin soluja, joissa tämä entsyymi oli tehty ylisäätyneeksi. TxrR:n ylisäätymistä ilmentäneissä soluissa oli kohonnutta resistenssiä seleniitin sytotoksisuutta kohtaan verrattuna kontrollisoluihin. Kun oli esi-inkuboitu seleniitillä matalassa, entsyymin kyllästävän annoksen pitoisuudessa, seurasi jopa vielä suurempi resistenssi seleniittitoksisuuta kohtaan.
  

To further investigate the role of TrxR in selenite cytotoxicity, we used cells over-expressing this enzyme. The TrxR over-expressing cells showed an increased resistance towards selenite cytotoxicity compared to control cells. After preincubation with selenite, in a low, enzymesaturating dose, an even higher resistance against selenite toxicity was obtained.

• JOHTOPÄÄTÖS. Nämä saadut tiedot osoittavat, että tioredoksiinireduktaasi on tärkeä entsyymi pahanlaatuisissa maksakasvannaisleesioissa ja että seleenilisällä voidaan estää karsinogeenistä prosessia syövän alkuunlähtövaiheissa ja sen progredioituessa. Lisäksi tutkijat raportoivat seleenin indusoimaa apoptoosia tapahtuvan lääkeresistenteissä soluissa ja etta tioredoksiinireduktaasin aktiivisuuden lisääntymä vaikutti kriittisesti(!!) solun resistenssiin seleenisytotoksisuutta kohtaan.
  

In conclusion, our data suggest that TrxR is important in neoplastic liver lesions and demonstrate that selenium supplementation prevent the carcinogenetic process both during the promotion and progression phases. Moreover, we report selenite-induced apoptosis occurring in the drug-resistant cells and an increase in TrxR activity appears to be crucial for cell resistance against selenium cytotoxicity.

Ingående artiklar:
I. Bjorkhem L, Teclebrhan H, Kesen E, Olsson JM, Eriksson LC, Bjornstedt M (2001). "Increased levels of cytosolic thioredoxin reductase activity and mRNA in rat liver nodules. " J Hepatol 35(2): 259-64
Pubmed

II. Bjorkhem-Bergman L, Torndal UB, Eken S, Nystrom C, Olsson JM, Capitanio A, Larsen EH, Bjornstedt M, Eriksson LC (2004). "Selenite prevents tumor development in a rat model for chemical carcinogenesis." (Manuscript)

III. Bjorkhem-Bergman L, Jonsson K, Eriksson LC, Olsson JM, Lehmann S, Paul C, Bjornstedt M (2002). "Drug-resistant human lung cancer cells are more sensitive to selenium cytotoxicity. Effects on thioredoxin reductase and glutathione reductase. " Biochem Pharmacol 63(10): 1875-84
Pubmed

IV. Jonsson-Videsater K, Bjorkhem-Bergman L, Hossain A, Soderberg A, Eriksson LC, Paul C, Rosen A, Bjornstedt M (2004). "Selenite-induced apoptosis in doxorubicin-resistant cells and effects on the thioredoxin system. " Biochem Pharmacol 67(3): 513-22
Pubmed

V. Madeja Z, Sroka J, Nystrom C, Bjorkhem-Bergman L, Nordman T, Damdimopoulos A, Nalvarte I, Eriksson LC, Spyrou G, Olsson JM, Bjornstedt M (2004). "The role of thioredoxin reductase activity in selenium induced cytotoxicity." (Submitted)
View record in Web of Science®

URI: http://hdl.handle.net/10616/43240

Registreringsdatum: 2004-05-21

Publiceringsår: 2004

ISBN: 91-7349-954-4

URI:

http://hdl.handle.net/10616/43240
Suomennosta 12.5. 2015

STUK varoittelee auringon UV-säteilyn vaaroista: Moninaiset ihosyöpäriskit

http://www.stuk.fi/ajankohtaista/tiedotteet/sv_FI/news_951/?t=2015-4-12-10-34

IAEA: Ollaan optimoimassa syöpäterapian sädeannoksia

https://www.iaea.org/newscenter/news/lower-radiation-doses-may-be-sufficient-treating-certain-cancers-report-iaea-experts
Cancer Epidemic
 https://www.iaea.org/newscenter/multimedia/photoessays/cancer-epidemic

Onkologiasta: PC riskistä. COX-2 yliexpression osuus . COX-2 inhibition laatu (NSAID vai ASA).

Eur J Cancer. 2013 Mar;49(4):938-45. doi: 10.1016/j.ejca.2012.09.030. Epub 2012 Oct 15. Use of aspirin, but not other non-steroidal anti-inflammatory drugs is associated with decreased prostate cancer risk at the population level.

Veitonmäki T¹, Tammela TL, Auvinen A, Murtola TJ.

Abstract

The cyclooxygenase 2 (COX-2) enzyme overexpression in prostate cancer has led to the hypothesis that COX-2 inhibition may reduce prostate cancer growth.

Some previous studies have linked the usage of COX-2 inhibiting non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) with a decreased prostate cancer risk.

We estimated the association between cumulative COX-2 inhibition by NSAID usage and prostate cancer risk at population level.

All new prostate cancer cases in Finland during 1995-2002 and matched controls (24,657 case-control pairs) were identified from national registries.

Detailed information on medication purchases was obtained from a national prescription database. A total cumulative COX-2 inhibition value was calculated based on total cumulative mg amount of each NSAID drug and the drug-specific COX-1/COX-2 inhibition ratio.

Prostate cancer risk was analysed with propensity score-matched conditional logistic regression model. In total, 53.8% of the cases and 46.5% of the controls had any prescription-use of NSAIDs, while 8.1% and 7.9%, respectively, had used aspirin.

Compared to the non-users, any NSAID use was associated with an elevated overall prostate cancer risk (46.4% versus 53.6%, respectively; odds ratio [OR] 1.3, 95% confidence interval [CI] 1.3, 1.4) and risk of advanced cancer (11.8% versus 14.1%; OR 1.6, 95% CI 1.5, 1.8). The risk remained elevated despite the amount of cumulative COX-2 inhibition.

In a separate analysis, the risk increase was similar for each NSAID with the exception of aspirin, which was associated with a decreased overall prostate cancer risk (OR 0.90, 95% CI 0.84, 0.96) in a dose-dependent fashion.

NSAID use is associated with an increased prostate cancer risk at the population level regardless of the COX-2 inhibition.

This may be explained by systematic differences between prescription NSAID users and non-users. In contrast, aspirin use is associated with a decreased overall prostate cancer risk.

Further studies on aspirin and prostate cancer will be needed.

Copyright © 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Väitöskirjasta Lindqvist Arne. CDK-defosforylaation säätely mitoosin alussa (2005)

http://hdl.handle.net/10616/39359

 Solusyklistä

Lindqvist Arne. Regulation of CDK dephosphorylation in mitotic entry.

Stockholm 2005. Karolinska Institutet.

ISBN91-7140-362-0.

Abstraktin suomennosta(Suomennos täytyy vielä tarkistaa  sillä se on tehty 2005) 

Solusyklin progressio vaatii sykliinistä ( cyclin, Cyc) riippuvien kinaasien (Cyclin dependent kinase, Cdk) kaskadin, jossa kompleksin keskenään tehneet kinaasit ja sykliinit - kompleksin aktivoiduttua - ovat moottoreina.

Varhaisten mitoottisten tapahtumien avainsäätelijä on sykliini B1/Cdk 1-kompleksi.

G2-faasissa sykliini B1/Cdk 1 pidetään inaktiivina siten, että Cdk1 - molekyylin aktiivikohdassa on fosforylaatio.

Cdc25 fosfataasien ( defosforylaasien) osuus

Ihmisen sykliini / Cdk – komplekseja pystyy aktivoimaan kolme Cdc25- defosforylaasi- perheen jäsentä, jotka ovat kaksoisspesifisyyttä omaavia fosfataaseja. Ne ovat Cdc25A, Cdc25B ja Cdc25C. Tutkijaryhmä pyrki saamaan tarkempaa tietoa sykliini B1/ Cdk 1 aktivaation säätelystä mitoosiin saapumisvaiheessa.

Työhypoteesina oli se, että solu kontrolloi osittain sykliini B1/ Cdk1- aktivaatiota säätelemällä Cdc25- proteiinien asettumista solussa. Tämän takia tutkittiin Cdc25A ja Cdc25B- molekyylien intrasellulaarista sijaintia. Havaittiin, että molemmat (Cdc25A ja Cdc25B) sijaitsevat nukleaarisesti, tumassa, vaikka ne jatkuvasti sukkuloivat sytoplasman ja tuman väliä ( shuttle) . Molemmissa molekyyleissä tunnistettiin nukleaariset ulosvientisekvenssit (nuclear export sequences, NES). Vaikka sekä Cdc25A NES ja Cdc25B NES olivat hyvin samankaltaisia, vain jälkimmäisessä havaittiin herkkyyttä inhibiittorille Exportiini-1.

Sitten kartoitettiin Cdc25A-molekyylistä tuman paikallistamissignaali ( nuclear localisation signal, NLS) ja vahvistettiin jo aiemmin todettu NLS myös molekyylistä Cdc25B.

Ultravioletille valolle (UV) reagoi Cdc25B translokoitumalla osittain tuman puolelle. Tähän siirtymään, translokaatioon, vaadittiin Cdc25B NES, p38 MAPK aktiviteetti ja vapaa14-3-3- sitoutuminen.

Ehdotettiin seuraavaa: stressivasteena p38 MAPK välitti 14-3-3-sitoutumista Cdc25B-molekyyliin, mikä johti sytoplasmiseen kertymään. (Jokainen Cdc25 pystyy sitomaan 14-3-3 proteiinia, jolloin Cdc25 inhiboituu) .

RNA-interferenssimetodia käyttämällä (RNAi) vähennettiin eri Cdc25-molekyylien osuuksia, jotta saataisiin esiin niitten yksilölliset tehtävät.

Jos soluja käsiteltiin Cdc25A- tai Cdc25B-vähentävästi (siRNA avulla) siten, että Cdc25C-vaikutukseen ei puututtu, aiheutui viivästystä mitoosiin saapumisessa.

Mutta jos sekä Cdc25A että Cdc25B vähenivät ja jäljellä oli vain Cdc25C-vaikutus, solu pysähtyi G2-vaiheeseensa. Tästä päätellään, että mitoosin induktorit ovat Cdc25A ja Cdc25B. Ajallisesti seurattaessa tapahtumaa ( time-lapse movies), vaikuttaa siltä, että Cdc25A säätää pääasiassa tuman tapahtumia, kun taas Cdc25B mahdollisesti osallistuu sekä tuman että sytoplasman tapahtumien säätelyyn.

Jos RNA-interfererenssimetodilla (RNAi ja siRNA) vähennettiin Cdc25B, mutta ei Cdc25A-molekyyliä, seurasi korkeampia pitoisuuksia fosforyloitua sykliini B1/Cdk 1 kompleksia erkanemattomissa sentrosomeissa kontrollisoluihin verrattuna. Tästä voitiin päätellä, että CdcB25 osallistui prosessiin, mistä seuraa aktiivin sykliini B1/Cdk 1- kompleksin akkumuloitumista solun centrosomeihin.

Seurattaessa sykliini B1/Cdk 1- aktivaatiota fosfospesifisillä antibodeilla, havaittiin aktiivia kompleksia sykliini B1/Cdk 1 kertyvän ensiksi centrosomeihin hieman ennen kuin ne alkavat migroitua erilleen. Sitten aktivaatio leviää sytoplasmaan ja kun 50 % komplekseista on aktivoituneena, sykliini B1/Cdk 1 sytoplasmastakin alkaa translokoituu tumaan. Translokaation aikana sykliini B1/Cdk 1- kompleksin aktivaatio edistyy samalla tavalla tumassa kuin sytoplasman puolella. Tutkimuksessa ei havaittu mitään sykliini B1/Cdk 1-inaktivaatiota myöhäisessä metafaasissa. Saatu tieto tukee käsitystä bistabiliteetistä, joka hallitseee sykliini B1/Cdk 1 aktivaatiota.”

Terminologiasta muutama seikka:

P38 MAPK tunnetaan G1/S-siirtymän säätelijänä rb avulla. P38 säätelee p53 ja siirtymää faasirajalla G1/S.

KERTAUS kirjan kuvan tekstistä (kirjan sivulla 26)

Tekstiin kuuluu kuva mitoosiin saapumisvaiheesta, ja tässä on seuraavat spekulatiiviset komponentit esitettynä: vain tekstissä mainittuja molekyylejä käytetään kaavassa. (Cdc25fosfataasit eli defosforylaasit ja sykliini/Cdk-kompleksit, Cyc /Cdk eli solumoottorit, kinaasit ).

Aikajana: G2 –PROFAASI- PROMETAFAASI- METAFAASI.

(Tapahtumat sytoplasmassa.

Tapahtumat sytoplasman ja tuman välisissä kuljetuksissa (shuttle)

Tapahtumat tumassa)

G2 vaiheessa

Cdc25A ja Cdc25B lisäsivät sykliini A ja sykliiniB-expressiota ( Cyc A, Cyc B). mahdollisesti tämä tapahtui heikkoja Cyk A/Cdk2- ja CycB/Cdk1- aktiviteettejä luomalla.

Kun riittävä määrä sykliini B1/Cdk 1 kompleksia alkoi olla centrosomeissa, määrä aktivoitui Cdc25B- tekijällä-jarruttavan fosfaatin poistamisella.

Centrosomaalinen sykliiniB1/Cdk 1 aktivaatio johti centrosomien migraatioon.

Tuman sykliini A/Cdk2 aktivoitui sekä Cdc25A ja Cdc25B- tekijöitten avulla.

Sykliini A /Cdk 2 ja sykliini B1/Cdk 1 voivat aktivoitua synkronisoidusti, koska sekä Cdc25- ryhmä ja sykliini/Cdk-kompleksit voivat sukkuloida ( shuttle) sytoplasman ja tuman väliä.

PROFAASI

Tuman sykliiniA1/Cdk 2 aktivoituminen johti DNA-kondensaation alkamiseen.

PROMETAFAASI

Aktivoitunutta sykliini B1/Cdk 1 translokoitui tumaan kiihdyttämään DNA-kondensaatiota.

Kun tumakalvo oli hajonnut, Cdc25C piti yllä maksimaalista sykliini B1/Cdk 1-aktiviteettia.

Mahdollisesti Cdc25A ja Cdc25B myös jollain tavalla osallistuvat.

Cdc25C siis huolehti propagoitumisen, vaikka ei aktivoitumista sykliini B1/Cdk1-komponentissa.

METAFAASI

Ei todettu sykliini B1/Cdk1 inaktivaatiota vielä metafaasissa. Vasta kun kaikki kromosomit ovat liittyneet mikrotubuluksiin, sykliini B1 ohjataan hajoittumaan APC:n avulla ( Anaphase Promoting Complex).

Tulevia tutkimuskohteita mainittiin

Moni mitoosiin saapumisen mekanismiin liittyvä kysymys on vielä ratkaisematta Todennäköisimmin tähän osallistuu vielä tunnistamattomia valkuaisaineita. Tutkija mainitsee muutamia kiintoisia tutkimuskohteita kuten

• Millä tavalla, missä ja milloin Cdc25B hajoaa? On mahdollista, että Cdc25B ohjataan hajoitettavaksi SCF-avulla (Skp/Cullin/F-box protein). Jos niin on, mikä F-box välittää interaktion?

• Onko Pin 1 osallistumassa Cdc25B-aktivaatioon? Jos se osallistuu, kilpaileeko se pelkästään 14-3-3-kohdasta Cdc25B:n kanssa vai onko lisämekanismeja? ( Kaikki 14-3-3 proteiinit sitovat fosforyloituja epitooppeja. Kaikki Cdc25 voivat sitoutua 14-3-3- proteiineihin, jotkaa säätelevät monia soluprosesseja). Stimuloiko Plk 1( Polo-like kinase 1), Aurora A-, CyclinA/Cdk2 -tai Cyclin B1/Cdk 1-fosforylaatio Pin 1 sitoutumista? Tai päinvastoin: kiihdyttääkö Pin 1 isomerisaatio niiden fosforyloitumista Cdc25B:llä? Missä ja milloin Pin 1 on interaktiossa Cdc25B:n kanssa? (Pin 1 on isomeraasi, joka voi muuttaa kohteen struktuuria. Pin1 tunnistaa Cyc/Cdk-kompleksin).

• Mikä on Cdc25C:n osuus mitoosissa? Interferenssitutkimuksilla on osoitettu, että siRNA tätä Cdc25C.tekijää kohtaan tuottaa viivästyneen myöhäisprometafaasin. Onko sykliini B1/Cdk 1 aktiivisuus hieman alempi näissä soluissa ? Esim. muuttaako Cdc25C –puute bistabiliteettiominaisuuksia sykliini B1/Cdk 1 aktiviteetissa? Jos niin on, onko niissä soluissa mikrotubulaarisia dynamiikan eroja? Onko sentromeerisukkulajärjestelmän kontrollikohta aktivoitunut ? ( spindle assembly checkpoint – tässä katsotaan olevan p38-riippuvainen säätö).

• Milloin, miten ja missä sykliiniA/Cdk2 aktivoituu ? Toistaiseksi on tehty vain in vitro tutkimuksia tämän kompleksin aktivoitumisen suhteen. Heijastaako in vitro-tutkimukset sykliini A/Cdk2-aktiivisuutta in vivo-olosuhteissa?

• Miten solusyklin faasi vaikuttaa paikallistumisen dynamiikkaan ( localisation dynamics)? Lokalisaatiosignaaleihin sekä proteiinien ja rakenteitten interaktioihin mahdollisesti vaikuttavat erilaiset expressiotasot ja posttranslationaaliset modifikaatiot. Nykyinen edistys FRAP-analyyseissä ( Fluorescence Recovery After Photobleaching) mahdollistanee lähitulevaisuudessa multippeleitten interaktiokompleksien kokojen ja diffuusiovakioitten arvioimisen ( Sprague et McNally 2005). Kun tehdään systemaattisia FRAP ja FLIP tutkimuksia useista solukohdista eri solusyklivaiheitten aikana lukuisilla solusyklin säätelijöillä pystyttäisiin tekemään johtopäätöksiä interaktiokompleksien koosta ja liikkuuvuudesta.

Kommentti 2005-11-08 18:53

Tämä väitöskirja antaa hyvän yleiskatsauksen tähän asti tunnetuista solusyklikäsityksistä ja availee näkymiä seuraaviin tieteellisiin solusyklisondeerauksiin . Suositellaan.

/LB Fjällsippan)