Hanna G

„Zmiany stanu oksydacyjno – redukcyjnego cytoplazmy
jako element komunikacji jądro komórkowe – mitochondrium”
Hanna Gałgańska
Stypendystka projektu pt. „Wsparcie stypendialne dla doktorantów na kierunkach uznanych
za strategiczne z punktu widzenia rozwoju Wielkopolski”, Poddziałanie 8.2.2 Programu
Operacyjnego Kapitał Ludzki
Prawidłowe
funkcjonowanie
mitochondriów
jest
możliwe
dzięki
skutecznej
komunikacji między mitochondriami i jądrem komórkowym, która z kolei wymaga zmiany
w ekspresji i funkcjonowaniu szeregu białek zlokalizowanych w różnych przedziałach
komórkowych. Istotną rolę w inicjowaniu tych zmian odgrywają sygnały, generowane
przez mitochondria. Mogą one polegać na zmianach wewnątrzkomórkowych stanów
oksydacyjno-redukcyjnych (redoks), w tym w obrębie cytozolu, a zmiany te pośredniczyć
mogą następnie w regulacji ekspresji białek, także na poziomie transkrypcji, jak i ich
aktywności, stabilizacji, lokalizacji, dostępności i oddziaływań z innymi cząsteczkami.
Zależny od potencjału kanał o selektywności anionowej (VDAC) bierze udział w transporcie
metabolitów przez zewnętrzną błonę mitochondriów. W niniejszej pracy wykorzystano
mutanty Saccharomyces cerevisiae, pozbawione jednej z izoform białka VDAC, w warunkach
kontrolowanego stanu oksydacyjno – redukcyjnego (redoks) w mitochondriach i cytozolu.
Stwierdzono, że:
1. Izoformy białka VDAC to istotny czynnik pośredniczący w determinacji
wewnątrzkomórkowych stanów redoks w komórkach S. cerevisiae. W determinacji stanu
redoks w obrębie cytozolu uczestniczy głównie izoforma VDAC1, przy czym izoforma VDAC2
wywiera efekt ilościowy. Natomiast w przypadku stanu redoks w mitochondriach istotny jest
udział obu izoform. Co ciekawe, izoforma VDAC2 jest kluczowa dla koordynacji stanów
redoks między mitochondriami i cytozolem.
2. Aktywność podstawowych enzymów antyoksydacyjnych w cytozolu (CuZnSOD
i katalaza) oraz w mitochondriach (MnSOD, peroksydaza glutationowa i reduktaza
glutationowa) odpowiada zmianom stanów redoks w tych przedziałach, obserwowanym
w nieobecności danej izoformy białka VDAC.
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego
3. Różnice stanu redoks w obrębie cytozolu, obserwowane dla badanych komórek
szczepu dzikiego i mutantów, współwystępują z różnicami w poziomie uwalniania O2•−
z mitochondriów, przy czym w uwalnianiu O2•− z mitochondriów uczestniczy także kompleks
TOM, co jest szczególnie widoczne w przypadku mutanta pozbawionego kanału VDAC
(izoforma VDAC1).
4. Stan redoks w obrębie cytozolu odgrywa istotną rolę w determinacji poziomu
ekspresji białek tworzących kanały w kompleksach importowych zewnętrznej błony
mitochondrialnej. Co więcej, poziom ekspresji białka Tom40 wykazuje korelację z poziomem
uwalniania O2•− z mitochondriów.
5. Wewnątrzkomórkowy stan redoks uczestniczy w regulacji procesu importu
niektórych białek (Tob55/Sam50) do mitochondriów.
6. Modyfikacja wewnątrzkomórkowych stanów redoks prowadzi do przewidywalnych
zmian w poziomie ekspresji białek tworzących kanały w kompleksach importowych
zewnętrznej błony mitochondrialnej, przebiegu importu Tob55/Sam50 do mitochondriów,
aktywności podstawowych enzymów antyoksydacyjnych i poziomie uwalniania O2•−
z mitochondriów.
7. Wewnątrzkomórkowy stan redoks jest istotnym czynnikiem regulującym poziom
mRNA kodujących białka uczestniczące w imporcie białka do mitochondriów (Mdm10,
Tob38, Tob55, Tim22, Tim23 i Tom40), enzymy antyoksydacyjne (MnSOD i CuZnSOD) oraz
białka uczestniczące w komunikacji między jądrem komórkowym i mitochondriami (Mks1
i Rtg2) i jądrowe czynniki transkrypcyjne uczestniczące w adaptacji do zmian stanów redoks
(Msn2, Msn4, Yap1, Yap2, Skn7), jak i białko Sir2, pełniące funkcję czujnika stanu redoks
w jądrze komórkowym. Należy jednak zauważyć, że VDAC1 wpływa na poziom transkryptów
genów kodujących białka także w sposób niezależny od stanu redoks (Hap4, Rtg1).
8. Podsumowując, zmiany wewnątrzkomórkowych stanów redoks w komórkach S.
cerevisiae, w tym w obrębie cytozolu, odgrywają istotną rolę w regulacji ekspresji szeregu
białek komórkowych, w tym białek kluczowych dla prawidłowego funkcjonowania
mitochondriów
oraz
komunikacji
między
jądrem
komórkowym
i
mitochondriami.
W determinacji wewnątrzkomórkowych stanów redoks pośredniczą izoformy białka VDAC,
przy czym przynajmniej częściowo zjawisko to nie zależy od funkcji kanałowej białka VDAC.
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego