Az mTOR-AMPK-autofágia induktor szabályozási kapcsolatának rendszerbiológiai vizsgálata
A sejtek homeosztázisát egy evolúciósan konzervált önemésztő folyamat, az autofágia szabályozza. Az autofágia szabályozásában két fehérjének, az AMPK-nak és az mTOR-nak kulcsfontosságú a szerepe. Az mTOR a proteosztázis egyik fő regulátora, míg az AMPK a sejt energiaszintjének egyensúlyban tartásáért felelős. Mind a két fehérje az ULK1 fehérjén, az autofagoszóma képzés indukátorán keresztül fejti ki hatását az autofágiára.
A sejt növekedésében és belső homeosztázisának fenntartásában fontos szerepet játszó mTOR elegendő mennyiségű tápanyag esetén gátolja az autofágiás lebontó folyamatokat. Megfelelő tápanyag ellátottság esetén ugyanis az mTOR nem engedi foszforilálódni az ULK1-et. Energiaszegény környezetben viszont az AMPK a magas AMP és alacsony ATP szinteken keresztül érzékelve aktiválja az autofágiát, az ULK1 direkt foszforilációján és az mTOR gátlásán keresztül, így megszüntetve annak negatív hatását az ULK1-re.
Egy lengyel-amerikai kutató csoport létrehozott egy egyszerű matematikai modellt, amelyben az önemésztést végző autofágia és a sejtnövekedést szabályozó mechanizmusok leírására a kulcsfontosságú tagokat és azok egymásra gyakorolt hatását differenciál egyenletekkel írták le. A modell három fő tagja, az mTOR, az AMPK és az ULK1 fehérjék, , viszont ez a modell csupán két inputot vizsgál, a rapamycin szintjét, mely az mTOR-t gátolja, illetve az AMPK aktivitásának a szintjét, amely a sejt energia-ellátottságának legfontosabb szenzora. Több kísérletet is megfelelően szimulálnak (pl. éhezés, rapamycin kezelés), ugyanakkor számos, már kísérletekkel bizonyított folyamatot nem jól írnak le.
Elképzelésünk szerint a modell kulcsfehérjéi között egyéb kapcsolat is van, nevezetesen az mTOR képes az AMPK gátlására, így létrehozva egy extra dupla negatív visszacsatolási hurkot a rendszerben.
Kísérleteink során az AMPK dinamikai viselkedését vizsgáltuk rendszerbiológiai módszerekkel különböző cellurális stresszhatásokra. Vizsgálataink során egyaránt alkalmaztunk elméleti (számítógépes szimulációkat), és hagyományos molekuláris biológiai módszereket (Western blot technika segítségével az egyes fehérjék aktiválódásának, inaktiválódásának nyomon követése).
Azt gondoljuk, hogy ennek a fent említett szabályozási huroknak döntő szerepe van abban, hogy az elméleti úton készített modell más mutáns fenotípusokat is meg tudjon magyarázni.
szerző
-
Hajdú Bence
Biomérnöki alapképzési szak, nappali BSC
alapképzés (BA/BSc)
konzulensek
-
Dr. Kapuy Orsolya
egyetemi adjunktus, Semmelweis Egyetem, Orvosi Vegytani Intézet (külső) -
Dr. Holczer Marianna
tudományos segédmunkatárs, Semmelweis Egyetem, Molekuláris Biológiai Tanszék (külső)
