Wybrane zagadnienia z zakresu nauk biologicznych i weterynaryjnych Wybrane zagadnienia z zakresu nauk biologicznych i weterynaryjnych Redakcja: Kamil Maciąg Alicja Danielewska Lublin 2019 Wydawnictwo Naukowe TYGIEL składa serdecznie podziękowania dla zespołu Recenzentów za zaangażowanie w dokonane recenzje oraz merytoryczne wskazówki dla Autorów. Recenzentami niniejszej monografii byli: prof. dr hab. Łukasz Adaszek dr hab. Mariola Andrejko dr hab. inż. Ryszard Tuz dr Jolanta Artym dr n. o zdr. Mariola Janiszewska dr Agnieszka Kuźniar dr n. med. Łukasz Pilarz dr Anna Pytlak dr Małgorzata Telecka Wszystkie opublikowane rozdziały otrzymały pozytywne recenzje. Skład i łamanie: Alicja Danielewska Monika Maciąg Projekt okładki: Marcin Szklarczyk © Copyright by Wydawnictwo Naukowe TYGIEL sp. z o.o. ISBN 978-83-65932-95-2 Wydawca: Wydawnictwo Naukowe TYGIEL sp. z o.o. ul. Głowackiego 35/341, 20-060 Lublin www.wydawnictwo-tygiel.pl Spis treści Karolina Boguszewska, Michał Szewczuk, Bolesław T. Karwowski Naprawa uszkodzeń DNA w mitochondriach poprzez wycinanie zasady system BER .... 7 Michał Szewczuk, Karolina Boguszewska, Bolesław T. Karwowski Rola OGG1 w przebiegu procesu naprawy DNA przez system BER .................................. 19 Magdalena Szatkowska, Renata Krupa Paralogi RAD51 w naprawie pęknięć dwuniciowych DNA na drodze rekombinacji homologicznej ......................................................................................................................... 28 Jakub Krzaczyński, Beniamin Grabarek, Barbara Strzałka-Mrozik Zmiany aktywności transkrypcyjnej genu CYP1B1 związanego z sygnalizacją IL-12/23 w hodowli NHDF eksponowanych na adalimumab.............................................................. 37 Beata Kuczyńska, Arkadiusz Budziński, Konrad Wiśniewski, Kamila Puppel Zastosowanie badań proteomicznych w hodowli bydła ........................................................ 46 Sylwia Kłys, Anna Czech Produkcja trzody chlewnej jako źródło pierwiastków biogennych w środowisku .............. 54 Anna Wilczyńska, Jerzy Ziętek, Michał Jabłoński, Sylwia Sajdak Analiza cytologiczna rozmazu z hemolimfy Cornu aspersum i Cepaea nemoralis ............ 61 Katarzyna Kruk Wykorzystanie nicieni owadobójczych z rodziny Steinernematidae i Heterorhabditidae w ochronie roślin przed szkodnikami w uprawach pod osłonami ........................................ 69 Tomasz Kuczyński, Anna Barańska, Piotr Pieckiel Trawianka Perccottus glenii – inwazyjny gatunek w zbiornikach wodnych rezerwatu Mewia Łacha ........................................................................................................................... 76 Grzegorz Kania Znaczenie krocionogów (Diplopoda) w ekotoksykologii. Czy Diplopoda są bioindykatorami środowiska? ................................................................................................. 88 Beata Kuczyńska, Kamila Puppel, Beata Madras-Majewska Fitobiotyki jako alternatywa w prewencji mastitis i wzmocnienia jakości dietetycznej mleka w gospodarstwach eko-certyfikowanych .................................................................... 99 Sylwia Kłys, Anna Czech Białkowe komponenty i dodatki paszowe w żywieniu świń .............................................. 111 Monika Lik, Dominika Gulda, Przemysław Brodzki Ocena obrazu termografii powierzchniowej rudawki nilowej (Rousettus aegyptiacus) pod wpływem stresu ............................................................................................................. 120 Michał Jabłoński,Paweł Łyp, Jerzy Ziętek, Anna Wilczyńska, Sylwia Sajdak Przypadek przetrwałego przewodu tętniczego ductus arteriosus peristens u królika domowego Oryctolagus cuniculus f. domesticus ................................................................ 130 Jacek Mrowiec, Aleksandra Banasik, Dominika Czyżyk Wiek jałówki podczas pierwszego zacielenia, a jej parametry fizjologiczne i wydajność laktacyjna w okresie po wycieleniu ..................................................................................... 139 Tomasz Arkadiusz Łabuz Neoichnologia w badaniach obecności i aktywności zwierząt w środowisku na przykładzie wydm ............................................................................................................ 150 Indeks Autorów ..................................................................................................................... 159 Karolina Boguszewska1, Michał Szewczuk2, Bolesław T. Karwowski3 Naprawa uszkodzeń DNA w mitochondriach poprzez wycinanie zasady system BER 1. Wstęp Każda żywa komórka jest w sposób ciągły narażona na działanie wielu czynników, zarówno wewnętrznych, jak i zewnętrznych, które oddziałują z jej materiałem gene- tycznym. Produkty metabolizmu komórkowego, reaktywne formy tlenu, zanieczysz- czenia środowiska i żywności, promieniowanie jonizujące oraz chemioterapeutyki – wszystko to może wywoływać uszkodzenia DNA, których skutki na poziomie molekularnym nie są jeszcze w pełni poznane. Uszkodzenia te mogą powodować blokowanie transkrypcji genów lub prowadzić do mutacji. W przypadku gdy uszko- dzenie nie zostanie wykryte lub naprawione przez komórkę istnieje prawdopodo- bieństwo utrwalenia go jako mutacji w trakcie kolejnych podziałów komórkowych. Dlatego też systemy naprawcze muszą być w komórce stale aktywne, aby wykrywać i niwelować skutki uszkodzeń, zanim dojdzie do przekazania uszkodzonego genomu następnym pokoleniom. Skuteczność mechanizmów naprawczych zależna jest od wielu czynników m.in. rodzaju komórki i powstałego uszkodzenia. W sytuacji, gdy w genomie znajdzie się zbyt wiele uszkodzeń lub gdy system naprawy DNA nie funkcjonuje efektywnie może dojść m.in. do wejścia komórki na drogę kontrolowanej śmierci (apoptozy) lub do niekontrolowanych podziałów prowadzących do rozwoju nowotworu w organizmie. Mitochondrialne DNA w ostatnich latach budzi szczególne zainteresowania badaczy. Mutacje mogą prowadzić do zaburzenia poprawności i stabilności informacji genetycznej, tym samym mając pośredni wpływ na zdrowie i życie całego organizmu. Przyjmuje się, że w mitochondriach za naprawę większości uszkodzeń odpowiada system BER (ang. base excision repair), który naprawia uszkodzenie poprzez wycięcie pojedynczej zasady lub fragmentu 2-10 nukleotydów. Specyficzne enzymy rozpoznają i usuwają uszkodzone zasady azotowe, po czym w wyniku działania szeregu enzymów wchodzących w skład systemu BER wstawiony zostaje poprawny nukleotyd. DNA mitochondrialny (mtDNA, ang. mitochondrial DNA) jest szczególnie narażony na powstawanie uszkodzeń. Zachodzące w jego pobliżu reakcje łańcucha oddechowego oraz generacja znacznej ilości reaktywnych form tlenu mają wysoki potencjał oksydacyjny. Badanie mechanizmów powstawania i naprawy uszkodzeń DNA jest kluczowe dla pełnego zrozumienia tych procesów oraz opracowania przyszłych terapii. Niniejsza praca przedstawia podstawowe zagadnienia dotyczące DNA i jego uszkodzeń, opisuje system naprawczy BER działający w mitochondriach oraz wybrane choroby związane z mutacjami w mtDNA. 1 [email protected], Pracownia Uszkodzeń Kwasów Nukleinowych, Zakład Bromatologii, Wydział Farmaceutyczny, Uniwersytet Medyczny w Łodzi, www.bromatologia.umed.pl. 2 [email protected], Pracownia Uszkodzeń Kwasów Nukleinowych, Zakład Bromatologii, Wydział Farmaceutyczny, Uniwersytet Medyczny w Łodzi, www.bromatologia.umed.pl. 3 [email protected], Pracownia Uszkodzeń Kwasów Nukleinowych, Zakład Bromatologii, Wydział Farmaceutyczny, Uniwersytet Medyczny w Łodzi, www.bromatologia.umed.pl. 7 Karolina Boguszewska, Michał Szewczuk, Bolesław T. Karwowski 2. Budowa i funkcje mitochondriów Mitochondria obecne są we wszystkich komórkach eukariotycznych a ich główną rolą jest zaopatrywanie komórki w energię. Z tego powodu stanowią jedne z najważ- niejszych organelli obecnych w komórce. Komórki eukariotyczne posiadają od kilku do kilkunastu tysięcy mitochondriów, które stanowić mogą nawet 12% objętości komórki [1]. Mitochondrium zbudowane jest z (rys. 1): zewnętrznej błony komórkowej (gładkiej) oddzielającej organellum od cytoplazmy; wewnętrznej błony komórkowej (pofałdowanej) tworzącej grzebienie mito- chondrialne, które zawierają białka odpowiedzialne za proces oddychania komórkowego; macierzy mitochondrialnej, w której znajduje się m.in. mitochondrialne DNA; przestrzeni międzybłonowej (perimitochondrialnej) zawierającej m.in. kinazę adenylanową, która zostaje aktywowana w przypadku zbyt małej ilości ATP w komórce; rybosomów; ziarnistości. Co ciekawe, mitochondrialne DNA wykazuje podobieństwo do genomu bakte- ryjnego, co pozwala podejrzewać, że jest to pozostałość po organizmach endosymbio- tycznych. Zgodnie z tzw. teorią endosymbiotyczną zakłada się, że organizmy te zostały włączone do komórek pierwotnych eukariontów i od tej pory funkcjonowały w symbiozie z gospodarzem. Wykazano wiele podobieństw pomiędzy mitochondriami a komórkami prokariotycznymi. Organellum to tworzy się w procesie podobnym do podziału i posiada własne DNA, które występuje w 2-10 kopiach i koduje od kilkunastu do kilkudziesięciu białek. Tak jak u bakterii występuje ono w postaci kulistego nukleoidu. Ponadto, rybosomy kodowane przez mtDNA mają wielkość 70S, co odpowiada komórkom prokariotycznym. Rysunek 1. Schemat przedstawiający budowę mitochondrium. Na rysunku zaznaczono najważniejsze elementy: błonę zewnętrzną i wewnętrzną wraz z grzebieniami mitochondrialnymi i przestrzenią międzybłonową (perimitochondrialną), macierz mitochondrialną, rybosomy, ziarnistości, położenie DNA