Célkitűzések
Heterotróf sejtekben, kizárólag a mitokondriális elektrontranszport lánc biztosítja a sejt működéséhez szükséges energiát. Ezen felül a mitokondrium kulcsszereplője számos olyan anyagcsereútnak, melyek fontos szerepet játszanak a sejt abiotikus stressz adaptációjában. Számos növénycsalád állít elő poliolokat, mint elsődleges fotoszintetikus termékeket. Ezek a lineáris poliolok igen hatékony ozmolitek, feldúsulásuk során fokozódik a növény só- és szárazsággal szembeni toleranciája. A közelmúltban felmerült, hogy a mitokondrium szerepet játszhat ezen ozmolitek bioszintézisében is. Kutatásaink során szeretnénk feltárni a mitokondriális ozmolit bioszintézis és metabolizmus részletes mechanizmusát, valamint célul tűzzük ki, hogy megismerjük ezen szénhidrátok sejten belüli elosztásában résztvevő transzportfolyamatokat. Kísérleteinket növényi sejtszuszpenziókon, valamint zöld növényeken tervezzük elvégezni. Vizsgálni szeretnénk: I. a mitokondriális szorbit képződést és transzportot II. a mitokondriális invertáz aktivitást, a szénhidrát transzportot és a szorbit metabolizmust ozmotikus- és sóstressznek kitett növényeken. A mitokondrium a celluláris oxidatív stressz elleni védelmi rendszer kulcsfontosságú eleme, mivel főszerepet játszik az aszkorbát bioszintézisében, valamint redukálásában. Ismereteink még közel sem teljesek ezen a területen. III. Ennél fogva kísérleteink során tanulmányozni szeretnénk a DHA regeneráció mechanizmusát. IV. Az aszkorbát regeneráción kívül szeretnénk megvizsgálni, hogy az aszkorbát bioszintézis és felhasználás milyen szerepet játszik a sejt aszkorbát készletének fenntartásában. V. Tisztázni szeretnénk egy estleges DHA-ASC redox páron keresztülvezető alternatív (mentő) elektronáramot a növényi mitokondriumban. VI. Végezetül a növényi és állati mitokondriumok ozmoprotektáns és DHA redukciós szerepének összehasonlítása céljából a fent részletezett vizsgálatokat humán sejttenyészetből izolált mitokondriumokon is, szeretnénk elvégezni.
Eredmények
Hipotézisünket, mely szerint a növényi mitokondrium aldóz reduktáz aktivitással és következményes szorbittermeléssel bír sikerült igazolnunk. Mitokondriális III-as komplex mutáns ppr40-1 Arabidopsis növényekből izolált mitokondriumok esetében emelkedett, aszkorbát bioszintetikus, galaktono-1,4-lakton dehidrogenáz aktivitást figyeltünk meg. Ezzel párhuzamosan a Foyer-Halliwell-Asada ciklus enzimei, illetve a GSH szintje is emelkedett volt a mutáns növényekben. Mind a fokozott bioszintézis, mind a fokozott reciklálás ellenére, a redukált és a teljes aszkorbát szint is alacsonyabbnak bizonyult a mutáns növényekben, sőt a mutáns növényekből származó mitokondriumokban az aszkorbát/DHA redox státusz egyértelműen az oxidált irányba tolódott el. Így kijelenthetjük, hogy ezen mechanizmusok bár tompítják a komplex III defektus következtében kialakuló oxidatív stresszt, de teljes mértékben nem képesek legyűrni azt. Dohány mitokondriumok esetében meghatároztuk a két jelenleg ismert DHA redukciós útvonal (respiráció függő és a Foyer-Halliwell-Asada ciklus) arányát. Megerősítettük, hogy az akut acetaminofen toxicitás kiváltotta oxidatív stressz kaszpáz független sejthalált indukál. Ezen felül megállapítottuk, hogy az AIF transzlokáció farmakológiás gátlásával elkerülhető, de mindenesetre késleltethető az acetaminofen indukálta programozott sejthalál. Leírtuk, hogy az mtDNS depléció Rho0-ás májsejtvonalon a sulfhidril oxidoreduktáz ALR túltermelését vonja maga után.