učinak proteina fgf i hmgb1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih...

64
Sveučilište u Zagrebu Prirodoslovno- matematički fakultet Biološki odsjek Ana Bogut Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih stanica u kulturi Diplomski rad Zagreb, 2014.

Upload: others

Post on 02-Feb-2020

2 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

Sveučilište u Zagrebu

Prirodoslovno-matematički fakultet

Biološki odsjek

Ana Bogut

Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i

proliferaciju živčanih matičnih stanica u kulturi

Diplomski rad

Zagreb, 2014.

Page 2: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

»Ovaj rad, izrađen u Laboratoriju za matične stanice i Laboratoriju za neurogenetiku i

razvojnu genetiku pri Hrvatskom institutu za istraživanje mozga na Medicinskom fakultetu u

Zagrebu, u sklopu Glowbrain projekta, financiranog od strane Europske komisije, pod

mentorstvom doc.dr.sc. Dinka Mitrečića i doc.dr.sc. Inge Marijanović, predan je na ocjenu

Biološkom odsjeku Prirodoslovno matematičkog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu radi

stjecanja zvanja magistra eksperimentalne biologije.«

Page 3: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

TEMELJNA DOKUMENTACIJSKA KARTICA

Sveučilište u Zagrebu

Prirodoslovno-matematički fakultet

Biološki odsjek Diplomski rad

Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih stanica u

kulturi

ANA BOGUT

Rooseveltov trg 6, 10000 Zagreb

Ovaj rad opisuje utjecaj FGF i HMGB1 molekula na živčane matične stanice u kulturi (NSC).

Primjenom metode magnetofekcije živčane matične stanice transfecirane su plazmidima s

FGFR1 receptorom. Osim NSC stanica u eksperimentima su korištene i embrionalne matične

stanice bubrega (HEK293T). Pokazalo se da FGF utječe pozitivno na preživljenje HEK293T

stanica s transfeciranim plazmidima u usporedbi sa HEK stanicama koje nisu transfecirane.

HMGB1 je smanjio pozitivan učinak FGF-a u kulturi HEK293T stanica. NSC stanice u

svojem mediju već imaju FGF te je postignuto bolje preživljenje NSC stanica transfeciranih

FGFR1-EGFP plazmidom. Korištenjem dvostruko veće količine plazmida u odnosu na

magnetne čestice postigla se dvostruko bolja uspješnost transfekcije metodom magnetofekcije

u usporedbi sa prethodnim istraživanjima. HMGB1 je na njihovo preživljenje djelovao

negativno kao i kod HEK293T stanica.

(55 stranica, 13 slika, 2 tablice, 106 literaturna navoda, jezik izvornika: hrvatski jezik)

Rad je pohranjen u Središnjoj biološkoj knjižnici

Ključne riječi: živčane matične stanice, transfekcija, FGF, HMGB1

Voditelj: Doc.dr.sc. Dinko Mitrečić, dr.med.

Suvoditelj: Doc.dr.sc. Inga Marijanović, doc.

Ocjenitelji: Doc.dr.sc. Duje Lisičić, doc.

Doc.dr.sc. Inga Marijanović, doc.

Doc.dr.sc. Renata Šoštarić, doc.

Doc.dr.sc. Petar Kružić (zamjena)

Rad prihvaćen: 06.11.2014.

Page 4: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

BASIC DOCUMENTATION CARD

University of Zagreb

Faculty of Science

Division of Biology Graduation Thesis

Effects of FGF and HMGB1 proteins on Cultured Neural Stem Cells' Survival and

Proliferation

ANA BOGUT

Rooseveltov trg 6, 10000 Zagreb

The aim of this study was to describe the effects of FGF and HMGB1 molecules on cultured

neural stem cells (NSCs). Using magnetofection, NSCs were transfected with plasmides

containing the FGFR1 receptor. Along with NSCs, embryonal kidney stem cells (HEK293T)

were also used. The results show that FGF positively affects the survival of HEK293T cells,

which were transfected with plasmides, as opposed to non-transfected cells. The HMGB1

molecule reduced the positive effect of FGF in cultured HEK293T cells. NSCs were already

grown in a medium containing FGF. The ones transfected with the FGFR1-EGFP plasmide

showed increased survival. Using twice as many plasmides as magnet particles resulted in a

twofold increase in magnetofection success rate, compared to previous studies. At the same

time, HMGB1 affected their survival negatively, just as in HEK293T cells.

(55 pages, 13 figures, 2 tables, 106 references, original in: Croatian)

Thesis stored in the Central Biological Library

Keywords: neural stem cells, transfection, FGF, HMGB1

Supervisor: Dr. Dinko Mitrečić, MD

Cosupervisor: Dr. Inga Marijanović, Asst. Prof

Reviewers: Dr. Duje Lisičić, Asst. Prof

Dr. Inga Marijanović, Asst. Prof

Dr. Renata Šoštarić, Asst. Prof

Dr. Petar Kružić, Asst. Prof. (replacement)

Thesis accepted: 06.11.2014.

Page 5: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

Sadržaj

1. Uvod ............................................................................................................................... 1

1.1. Moždani udar .................................................................................................................. 1

1.2. Živčane matične stanice ................................................................................................. 3

1.3. Ljudske embrionalne matične stanice bubrega ............................................................... 5

1.4. Faktor rasta fibroblasta ................................................................................................... 6

1.5. HMGB1 – protein skupine visoke mobilnosti B1 ........................................................ 12

1.6. Cilj istraživanja ............................................................................................................. 15

1.6.1. Opći cilj istraživanja ........................................................................................... 15

1.6.2. Specifični ciljevi istraživanja ............................................................................. 15

2. Materijali i metode ....................................................................................................... 16

2.1. Materijali ...................................................................................................................... 16

2.1.1. Stanice ................................................................................................................ 16

2.2. Metode .......................................................................................................................... 17

2.2.1. Uzgoj i transformacija bakterija ......................................................................... 17

2.2.2. Izolacija plazmidne DNA ................................................................................... 19

2.2.3. Vizualizacija plazmidne DNA ........................................................................... 21

2.2.4. Kultura HEK293T stanica .................................................................................. 23

2.2.5. Kultura živčanih matičnih stanica ...................................................................... 24

2.2.6. Transfekcija stanica ............................................................................................ 26

2.2.7. MTT test preživljenja i proliferacije stanica ...................................................... 29

3. Rezultati ........................................................................................................................ 30

3.1. Optimizacija tehnike magnetofekcije na HEK293T stanicama .................................... 30

3.2. Magnetofekcija živčanih matičnih stanica ................................................................... 33

3.3. Utjecaj aktivnosti receptora FGFR1 i proteina HMGB1 na preživljenje HEK293T

stanica ........................................................................................................................... 34

3.4. Utjecaj aktivnosti proteina FGF i HMGB1 na preživljenje živčanih matičnih stanica 37

4. Rasprava ....................................................................................................................... 39

5. Zaključak ...................................................................................................................... 44

6. Literatura ...................................................................................................................... 45

Page 6: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

Popis kratica

DAMP Damage associated molecular

pattern

HMGB1 High Mobility Group Box Protein 1

NSC Neural stem cell

SVZ Subventrikularna zona

CNS Central nervous system

HEK Human embryonic kidney

Ad5 Humani adenovirus tip 5

NF-M Neurofilament M

NF-L Neurofilament L

FGF Fibroblast growth factor

bFGF Basic fibroblast growth factor

FGFR Fibroblast growth factor receptor

HSPG Heparan sulfate proteoglycans

RTK Receptor tyrozine kinase

CAM Cell adhesion molecule

PD Parkinsons disease

EGF Epidermal growth factor

BDNF Brain derived neurotrophic factor

LIF Leukemia inhibitory factor

NK Natural killer

LPS Lipopolisaharidi

IFN-γ Interferon γ

TLR Toll like receptor

RAGE Receptor for advanced glycation

end products

NF-κB Nuclear factor kappa-light-chain-

enhancer of activated B cells

MAPK Mitogen activated protein kinase

IL-1 Interleukin 1

TNF-α Tumor necrosis factor α

HAT Histon acetiltransferaza

MyD88 Myleoid differentiation primary

response gene 88

IRAK IL-1R associated kinase 1

TRAF6 TNF-receptor associated factor 6

MSC Mesenchymal stem cell

IDO Indolamin-2,3-dioksigenaza

TBE Tris / Borat-EDTA

Page 7: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

1

1. Uvod

1.1. Moždani udar

Moždani udar je drugi vodeći uzročnik smrti u svijetu te njegovo liječenje predstavlja ozbiljan

znanstveni problem i klinički izazov. Trenutno dostupne terapije za pacijente još uvijek su

ograničavajuće. Iako mnoge supstance pokazuju obećavajuće djelovanje na molekularnim,

staničnim i animalnim modelima, iznimno je teško prenijeti pretkliničke ideje do učinkovite

kliničke upotrebe (Nakahara i sur, 2009).

Uslijed moždanog udara dolazi do prekida krvnog toka što dovodi do smrti živčanih stanica

u dijelu mozga pogođenim ishemijom. Ishemija dovodi do nesposobnosti održanja ionskog

gradijenta na membrani živčanih stanica te povišene razine glutamata što uzrokuje

ekscitotoksičnost i poremećaje u krvno moždanoj barijeri (Liu i sur, 2007). Kao odgovor na

početnu ozljedu, u izvanstanični mikrookoliš izlučuju se DAMP molekule (eng. Damage

Associated Molecular Pattern) koje pojačavaju sekundarne procese upale i remete krvno

moždanu barijeru. Oštećen mozak začuđujuće je plastičan, pri čemu procesi neurogeneze i

angiogeneze te remodeliranje aksona i dendrita mogu služiti kao izvor supstrata potrebnih za

kompenzaciju i popravak. Aktualna istraživanja u području regenerativne medicine teže

poboljšavanju stanja pacijenta nakon moždanog udara, među ostalim kroz pojačanje

regulacijskih mehanizama u mozgu i terapiju stanicama (Moskowitz i sur, 2010).

Strategije bazirane na staničnoj terapiji pokazuju da matične stanice mišjeg i ljudskog

porijekla mogu preživjeti, diferencirati se u neurone, astrocite i oligodendrocite te inducirati

remodeliranje mozga nakon ozljede (sl. 1) (Lindvall i Kokaia, 2010; Mitrečić, 2010). Dokazi

ukazuju na to da stanice obnavljaju oštećen mozak tako što povećavaju opskrbu krvlju

stvaranjem krvnih žila, smanjenjem upale i stanične smrti te pojačavanjem endogenih

mehanizama popravaka. Dokazano je da intravenozno injektiranje mezenhimalnih matičnih

stanica potiče angiogenezu i poboljšavaju protok moždane krvi, dok injektiranje ljudskih

živčanih matičnih stanica potiče obnavljanje tkiva nakon moždanog udara u štakora kroz

protuupalno djelovanje (Lee i sur, 2008).

Također je pokazano da intravenozno ubrizgane ljudske embrionalne mezenhimalne matične

stanice putuju do regije pogođene infarktom, izražavaju stanične markere endotelnih i

živčanih stanica te vrše neuroprotekciju i pospješuju oporavak (sl.1.) (Liu i sur, 2009).

Page 8: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

2

Također, protein iz obitelji molekula DAMP, protein skupine visoke mobilnosti 1 (eng. High

Mobility Group Box Protein 1, HMGB1), pokazao se kao jedan of ključnih regulatora

migracije, proliferacije i diferencijacije matičnih stanica (Hayakawa, 2013).

Slika 1. Transplantacija multipotentnih/živčanih matičnih stanica mogla bi se koristiti za popravak oštećenog

moždanog tkiva (a). Dodatkom egzogenih molekula potakla bi se neurogeneza, popravak aksona i angiogeneza

(b). Matične i progenitorske stanice mogle bi se također injektirati u cirkulaciju te tako dati neuroprotekciju i

modulirati upalu (c) (Hayakawa i sur, 2013).

Page 9: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

3

1.2. Živčane matične stanice

Živčane matične stanice (eng. neural stem cells, NSCs) su samoobnavljajuće, multipotentne

stanice iz kojih daljnjom diferencijacijom nastaju tri glavna stanična tipa središnjeg živčanog

sustava: neuroni, astrociti i oligodendrociti (Guillemot, 2007). Osobine ovih stanica daju nadu

u njihovu uspješnu primjenu u popravku neurona nakon ozljeda i bolesti živčanog sustava.

Osnovna ideja upotrebe ovih stanica u terapijske svrhe jest da se stanice izgubljene zbog

ozljeda živčanog sustava zamijene živčanim matičnim stanicama (Martino i Pluchino, 2006,

Mitrečić).

Reynolds i suradnici (1992) demonstrirali su izolaciju stanica iz središnjeg živčanog sustava

embrija i odraslog miša te su ih uspješno umnožili uz prisutnost epidermalnog faktora rasta

čime su dobili sfere stanica tj. neurosfere. Neurosfere se sastoje od neurona i glija stanica te

stanica koje ekspresiraju nestin (intermedijarni filament). Ista studija pokazala je da cijela

neurosfera može biti razvijena iz jedne stanice te da se naknadno može disocirati kako bi

proizvela novu neurosferu. Prema tome, izolirane živčane stanice imaju svojstva matičnih

stanica, samoobnavljanje i multipotentnost te su nazvane živčane matične stanice (Kornblum,

2007).

Paralelno s ovim istraživanjem ispitivalo se i postojanje neurogeneze u mozgu. Studija

Luskina, Loisa i Alvarez-Buylla 1993. godine dala je jasne dokaze o proliferaciji stanica u

subventrikularnoj zoni (SVZ) odraslog glodavca što je rezultiralo novim neuronima unutar

olfaktornog bulbusa (Luskin, 1993) (Lois i Alvarez Bully, 1993).

Najvažnija osobina živčanih matičnih stanica je sposobnost izbora njihove sudbine. Mnoge

potencijalne terapeutske primjene zahtijevaju upotrebu specifičnih staničnih linija (npr.

dopaminenergičnih neurona kod Parkinsonove bolesti ili glutaminenergičnih neurona kod

moždanog udara). Prvi način upravljanja izborom sudbine živčane matične stanice je upotreba

trofičkih faktora dodanih in vitro i in vivo. Primjer je dodatak faktora rasta trombocitnog

porijekla u embrionalne kortikalne progenitorske stanice potiče diferencijaciju u neurone

(Williams i sur, 1997), dok cilijarni neurotrofni faktor i inhibitorni faktor leukemije potiču

diferencijaciju u astrocite (Galli i sur, 2000).

Page 10: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

4

Drugi način je manipulacija izražaja transkripcijskih faktora kao što je poticaj ekspresije

Neurogenina 1 u kultiviranim embrionalnim matičnim stanicama telencefalona inducira

diferencijaciju u neurone (Sun i sur, 2001). S druge strane, pojačana ekspresija Notch

receptora rezultira diferencijacijom u glija stanice (Irvin i sur, 2003; Morrison i sur, 2000).

Osim toga sve se više proučava i regulacija transkripcije na epigenetičkoj razini. Metilacija

DNA igra ključnu ulogu u određivanju sudbine nediferencirane živčane matične stanice kao i

u slučaju s drugim vrstama stanica (Fan i sur, 2005). Također se provode istraživanja koja bi

otkrila ključne regulatore proliferacije živčanih matičnih stanica kako bi se preko njih došlo

do više razine kontrole cijelog procesa. Proliferacija živčanih matičnih stanica ne određuje

samo broj stanica unutar CNS-a (eng. central nervous system) već i vrstu stanica (Ohnuma i

Harris, 2003).

Duljina ciklusa povezana je sa stupnjem diferencijacije na taj način da dulji ciklus dovodi do

višeg stupnja diferencijacije, a kraći ciklus k samoobnavljanju stanica (Lukaszewicz i sur,

2002).

Potencijalna upotreba NSC stanica za popravak oštećenja nakon moždanog udara bila je

osnovna ideja za izradu ovog rada.

Page 11: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

5

1.3. Ljudske embrionalne matične stanice bubrega

Stanična linija ljudskih embrionalnih matičnih stanica bubrega (eng. Human Embryonic

Kidney, HEK) široko je primjenjivana stanična linija još od njene prvotne izolacije 70-tih

godina prošlog stoljeća. HEK 293T stanice dobivene su iz primarnih HEK stanica

transformacijom pomoću izrezanih fragmenata DNA humanog adenovirusa tipa 5 (Ad5) te

sadrže nukleotide 1 - 4344 adenovirusa, koji se sastoje od sekvenci koje transformiraju rane

regije 1 (eng. early regions 1, E1), ugrađene u kromosom 19. Ovaj stanični tip najčešće se

koristi u transfekcijama zbog velikog postotka uspješnosti i jednostavnog rukovanja

stanicama (Shaw i sur, 2002) . Izvor stanica bio je zdrav, abortiran fetus, a staničnu liniju

uzgojio je znanstvenik Alex Van der Eb u svom laboratoriju na Sveučilištu u Leidenu u

Nizozemskoj. Transformaciju je izvršio Frank Graham, znanstvenik iz istoga laboratorija koji

je osmislio tehniku transformacije stanica pomoću kalcijeva fosfata (Graham i Smiley, 1977).

Ime HEK293T proizlazi iz činjenice da je to bio Grahamov 293 eksperiment.

Godinama se smatralo da su HEK293T stanice epidermalnog porijekla. Prisutnost značajnih

količina neurofilamentnih (NF) podjedinica, NF-M, NF-L i α-interneksina, kao i drugih

proteina tipičnih za živčane stanice, podupire hipotezu da su HEK293T stanice ipak živčanog

porijekla. HEK293T stanice stoga nisu tipične stanice bubrega te se ne mogu koristiti za

kontrole i istraživanja funkcija bubrega (Shaw i sur, 2002).

Kako bi metoda magnetofekcije bila optimizirana u ovom radu korištene su HEK stanice.

Page 12: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

6

1.4. Faktor rasta fibroblasta

Živčani sustav kralježnjaka nesumnjivo je najkompleksniji organ živog svijeta po svojoj

morfološkoj organizaciji i staničnoj raznolikosti. Od mnogih molekula uključenih u razvoj

živčanog sustava, faktori rasta fibroblasta (eng. fibroblast growth factors, FGFs) imaju najširu

i najbolje istraženu ulogu u stvaranju kompleksnosti živčanog sustava (Guillemot i Zimmer,

2011).

Faktori rasta fibroblasta čine veliku obitelj polipeptidnih faktora rasta koje nalazimo u

različitim varijantama u višestaničnim organizmima, uključujući i beskralježnjake. Prvi

poznati FGF ligandi, FGF1 i FGF2 izolirani su 1975. godine iz mozga i hipofize na temelju

njihove sposobnosti da stimuliraju proliferaciju mišjih 3T3 fibroblasta. Druge FGF molekule

su identificirane kao onkogeni ili faktori rasta za druge stanične tipove. Kasnijim

sekvenciranjem humanog i mišjeg genoma otkriveno je ukupno 22 FGF gena u svakoj vrsti.

Manji broj FGF-ova postoji u beskralježnjaka, 2 gena u Caenorhabditis elegans (fgl-17 i let-

756) i 3 u Drosophili melanogaster (branch-less i pyramus thisbe) (Guillemot i Zimmer,

2011).

Većina članova FGF obitelji su klasične signalne molekule koje se izlučuju u izvanstanični

prostor gdje se vežu na heparin sulfatne proteoglikane (heparan sulfate proteoglycans,

HSPGs). Djeluju na autokrini i parakrini način različitim afinitetom te drugačijim stupnjevima

specifičnosti sa tirozin kinaznim receptorima (eng. Receptor tyrozine kinase, RTKs)

prisutnima na površini stanica. Također postoji i podskupina molekula FGF slična hormonima

koja djeluje na veće udaljenosti kao endokrini faktori koji reguliraju metabolizam. Treća

podskupina molekula FGF su unutarstanični FGF-ovi koji se ne izlučuju i ne aktiviraju

receptorima FGF, ali stvaraju interakcije sa unutarstaničnim domenama i natrijevim (Na2+

)

kanalima visokog naboja (Itoh i Ornitz, 2008).

FGF obitelj u ljudi sastavljena je od članova koji osim afiniteta za heparin dijele i visoku

homologiju u sekvencama centralne domene sastavljene od 120 aminokiselina (Itoh i Ornitz,

2001) koje stvaraju interakciju s receptorima FGF (Eriksson i sur, 1991). FGF faktore

klasificiramo u skupine prema njihovoj strukturi, biokemijskim osobinama i izražaju

(Szebenyi i Fallon, 1999). Molekule FGF lako difundiraju (Christen i Slack, 1999) te su

sposobne djelovati ovisno o dozi (npr. inducirati različite markere gena pri različitim

koncentracijama) (Green i sur, 1992).

Page 13: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

7

FGF signalizacija regulirana je na više razina što rezultira dobrom kontrolom te

pravovremenim širenjem signala. Neki od uključenih mehanizama specifični su za FGF

signalni put dok drugi reguliraju RTK signalizaciju općenito. Interakcija molekula FGF i

njihovih receptora sa HSPG-ovima u izvanstaničnom prostoru je središnji događaj FGF

signalizacije budući da su HSPG-ovi potrebni i za visoko afinitetno vezanje FGF molekula za

receptore FGF-a (FGFR) te za premošćivanje dvije podjedinice FGFR dimera što je potrebno

za njihovu autofosforilaciju. HSPG pridonose specifičnosti interakcija između FGF i FGFR

parova, ali također i štite FGF molekule od degradacije i ograničavaju njihovu difuziju.

HSPG-ovi predstavljaju vrlo raznoliku skupinu molekula sa složenim vremenskim i

prostornim ekspresijskim uzorcima o kojima je prikupljeno mnoštvo eksperimentalnih dokaza

o njihovoj važnosti u FGF signalizaciji na različitim razinama razvoja živčanog sustava

(Grobe i sur, 2005).

FGF receptori su podskupina staničnih površinskih receptora tirozinskih kinaza (RTK) koji

prenose izvanstanične signale nakon vezanja liganda kroz razne citoplazmatske signalne

puteve fosforilacijom tirozina (McKeehan i sur, 1998). Genska obitelj ovih receptora u

kralježnjaka sastoji se od 4 iznimno srodna gena FGFR1-4 (Powers i sur, 2000) Ti geni

kodiraju transmembranske proteine s izvanstaničnom vezujućom regijom te unutarstaničnom

domenom sa tirozin kinaznom aktivnosti (Böttcher i Niehrs, 2005).

Izvanstanična regija sastavljena je od domena sličnih imunoglobulinima (Ig) koje su potrebne

kako bi se FGF molekule vezale. Imunoglobulinima slične domene utječu na afinitet prema

vezanju i na specifičnost (Böttcher i Niehrs, 2005).

Između prve i druge Ig-slične domene proteže se niz aminokiselina na koje se nastavlja

heparin-vezujuća domena. Ove domene potrebne su za interakciju receptora sa

komponentama izvanstaničnog matriksa, tj. s heparin sulfat proteoglikanima i staničnim

adhezijskim molekulama (eng. cell adhesion molecules, CAMs). Unutarstanični dio domene

sastoji se od jukstamembranskog dijela, tirozin kinazne domene i kratkog ugljikovog repa (sl.

2). Osim enzimske aktivnosti, unutarstanični dio receptora veže proteine te ima fosforilacijska

i autofosforilacijska mjesta koja su u interakciji sa unutarstaničnim supstratima (Böttcher i

Niehrs, 2005).

Page 14: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

8

Slika 2. Prikaz građe receptora FGFR: A) FGF struktura sastoji se od signalne sekvence i središnje

regije s kojom se veže za receptorske i HSGP-vezujuće domene B) Izvanstanična regija sastavljena je od domena

sličnih imunoglobulinima (Ig) koje su potrebne za vezanje FGF-ova. Između prve i druge domene proteže se

heparin vezujuća domena za koje se vežu CAM molekule. Unutarstanični dio receptora sastoji se od

juksatamembranskog dijela. Tirozin kinazne domene i kratkog ugljikovog repa (Böttcher i Niehrs, 2005).

Vezanje FGF molekula za receptor uzrokuje dimerizaciju dviju molekula receptora i tirozin

kinaznu aktivnost, što vodi autofosforilaciji unutarstanične domene (Mckeehan i sur, 1998).

Autofosforilacija tirozina kontrolira tirozin kinaznu aktivnost te služi kao mehanizam za

regrutiranje signalnih proteina unutar stanica (Schlessinger, 2000). Fosforilirani tirozin je

vezujuće mjesto za Src regiju 2 i fosfotirozin vezujuću domenu signalnih proteina što rezultira

njihovom fosforilacijom i aktivacijom (Pawson, 1993).

Podset proteina sa Src homolognom regijom 2, kao što su Src-kinaza i fosfolipaza Cy (PLCy),

posjeduje intrinzične katalitičke aktivnosti. FGF signalna transdukcija, kao što je analizirano

tijekom ranog embrionalnog razvoja, odvija se kroz tri glavna puta. Formacija tročlanog

kompleksa FGF-heparin-FGFR vodi do autofosforilacije i aktivacije unutarstaničnih signalnih

kaskada, uključujući Ras/MAPK put, fosfatidilinozitol 3 (PI3) kinaza/Akt i PLCy/Ca2+

put

(Böttcher i Niehrs, 2005).

Page 15: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

9

FGF je povezan s mnogim neurološkim bolestima. Studije su povezale smanjeno izlučivanje

FGF-a sa atrofijom hipokampusa i prefrontalnog korteksa kod depresivnih pacijenata (Evans i

sur, 2004.). Uloga FGF-a je uočena i kod djelovanja antidepresiva. Liječenje ljudi i glodavaca

sa specifičnim inhibitorima povratnog unosa serotonina pojaćava ekspresiju FGF-a u

prefrontalnom korteksu i drugim moždanim regijama, a akutno i kronično primjenjivanje

FGF2 smanjuje anksioznost i depresivno ponašanje u štakora (Evans i sur, 2004; Perez i sur,

2009). Osim što FGF2 sprečava atrofiju hipokampusa i korteksa također ima i mitogenetski

efekt (potiče proliferaciju) na progenitore hipokampusa (Duman i Monteggia, 2006).

Disregulacija FGF signaliziranja tijekom razvoja povezana je i sa poremećajima poput

autizma (Rubenstein, 2010), spino-cerebralne ataksije i Parkinsonove bolesti (PD, Laezza i

sur, 2007). Polimorfizam jednog nukleotida FGF20 gena u više je studija povezan sa

Parkinsonovom bolešću (Clarimon i sur, 2005; van der Walt i sur, 2004; Wang i sur, 2008).

FGF2 (bazični FGF, bFGF; FGF) se ekspresira u substantii nigri srednjeg mozga i

cerebellumu gdje potiče preživljenje dopaminenergičnih neurona oštećenih u PD (Murase i

McKay, 2006).

Lezije u živčanom sustava reaktiviraju razvojne procese poput proliferacije i diferencijacije

progenitorskih stanica na mjestu ozljede. Članovi FGF obitelji, posebice FGF2, uključeni su u

neuroprotekciju i popravak oštećenog živčanog tkiva. FGF1 i FGF2 pojačano su ekspresirani

u glija stanicama i živčanim matičnim stanicama nakon oštećenja živčanog sustava, a studije

na miševima s mutiranim FGFR1 i FGFR2 receptorima pokazuju da su oba gena potrebna za

živčani popravak koji slijedi nakon epileptičkih napada, moždanog udara i traumatske ozljede

mozga (Fagel i sur, 2009; Yoshimura i sur, 2001).

bFGF osim samostalnog djelovanja pozitivno utječe na popravak lezija i uz pomoć drugih

faktora poput EGF-a ili moždanog neurotrofnog faktora (eng. brain derived neurotrophic

factor, BDNF). bFGF također sudjeluje i u zaštiti neurona od smrti što je zabilježeno u mišjim

modelima s neurodegenerativnim bolestima poput Parkinsonove ili Huntingtonove (Jin i sur,

2005).

S obzirom na sva ova saznanja o FGF faktorima počele su se provoditi znanstvena

istraživanja koja koriste stanice iz vanjskog izvora i primjenjuju ih na područje oštećenja

živčanog sustava kako bi se zaobišla ograničena mogućnost samostalne regeneracije tkiva.

FGF-ovi imaju glavnu ulogu u proliferaciji i diferencijaciji neurona te se stoga koriste u tu

svrhu.

Page 16: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

10

Pluripotentne embrionalne stanice se mogu in vitro bezbroj puta samoobnoviti pod utjecajem

inhibitornog faktora leukemije (leukemia inhibitory factor, LIF), a pod utjecajem FGF-a

prelaze u živčane stanice (Kunath i sur, 2007). Pri transplantaciji progenitora induciranih

FGF-om u mozak neonatalnog miša ili oštećeni mozak odraslog miša, progenitorske stanice

se integriraju u moždano tkivo i diferenciraju u neurone i astrocite. Ipak, njihov kapacitet

obnove u animalnim modelima je dosta ograničen. Pravilnim pristupom u ovome problemu

smatra se prvo diferencijacija ovih stanica u kulturi, a zatim njihova transplantacija (Rosser i

sur, 2000). U svrhu tog cilja istražuju se FGF-ovi i razvijaju mnogi protokoli za

diferencijaciju živčanih progenitora u medicinski bitne stanične tipove (sl 3).

Slika 3. FGF i in vitro generacija neurona: FGF je uključen u 3 različita koraka tijekom generiranja

tri tipa stanica iz embrionalnih matičnih stanica. LIF održava stanice u nediferenciranom stanju blokirajući FGF4

koji potiče stvaranje mesodermalnih ili živčanih stanica (lijevo). FGF2 (bFGF) potiče stvaranje multipotentnih

samoobnavljajućih NSC, a uz EGF potiče brzi rast NSC u adherentnim kulturama ili u obliku neurosfera (u

sredini). Različiti FGF-ovi se koriste za stvaranje različitih živčanih podtipova (desno) (Guillemot i Zimmer,

2011).

Page 17: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

11

FGF2 je također mitogenički faktor te je dodatak visoke koncentracije i FGF2 i EGF-a postao

dio standardne procedure širenja NSC stanica u kulturi u obliku neurosfera ili adherentnih

kultura (Conti i sur, 2005; Palmer i sur, 1995; Vescovi i sur, 1993).

FGF2 potiče proliferaciju živčanih progenitora u kulturama skraćivanjem G1 faze staničnog

ciklusa i inhibicijom stvaranja postmitotičkih neurona (Lukaszewicz i sur, 2002).

Budući da se pravilnim pristupom korištenja matičnih stanica smatra prvo njihovo tretiranje

FGF-om, a zatim transplantacija, živčane matične stanice tretirane su FGF-om u kulturi kako

bi se uočio njegov učinak na njihovu proliferaciju i preživljenje.

Page 18: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

12

1.5. HMGB1 – protein skupine visoke mobilnosti B1

Protein skupine visoke mobilnosti B1 (HMGB1), poznat i kao amfoterin, je DNA-vezujući

protein koji se izlučuje aktivno kao odgovor na stimulaciju citokinima ili pasivno tijekom

stanične smrti (Scaffidi i sur, 2002) te je prisutan u gotovo svim eukariotskim stanicama

(Bonaldi i sur, 2003) gdje je uključen u stabilizaciju jezgrine strukture i transkripciju gena

(Pasqualini i sur, 1989). Veže se nespecifično za linearnu DNA i time olakšava stvaranje

nukleoproteinskih kompleksa i regrutaciju transkripcijskih čimbenika (Goodwin i sur, 1973).

Originalno je otkriven unutar stanica, a kasnije je otkrivena i njegova izvanstanična aktivnost

(Rauvala and Pihlaskari, 1987). HMGB1 molekule prisutne u izvanstaničnoj sredini mogu

služiti kao nekrotični markeri koji aktiviraju prirođeni imunosni sustav i posreduju širok

spektar fizioloških i patoloških odgovora (Yamada and Maruyama, 2007).

Izvanstanični HMGB1 izlučuju aktivirani makrofagi (Bonaldi i sur, 2003), NK stanice

(Semino i sur, 2005) i mijeloidne dendritičke stanice (Dumitriu i sur, 2007) kao odgovor na

endotoksine poput lipopolisaharida (LPS-a) i druge upalne stimulanse kao što je molekula

interferon γ (IFN- γ) (Hayakawa, 2013). HMGB1 ne sadrži vodeću sekvencu, pa se stoga

izlučuje neklasičnim putem koji može uključivati specijalizirane vezikule endolizosomalnog

odjeljka (Sims i sur, 2009). Osim aktivnog izlučivanja, HMGB1 može biti otpušten u

izvanstanične prostore iz oštećenih ili nekrotičnih stanica. U tom slučaju, membrane postaju

propusne, a HMGB1 difundira iz jezgre u citoplazmu, pa u izvanstanični prostor. Kod

moždanog udara izlučivanje HMGB1 počinje 30 minuta nakon okluzije arterija, dok se većina

citokina krene izlučivati par sati nakon moždanog udara. Inhibicija aktivnosti HMGB1

proteina smanjuje upalu i disrupciju krvno-moždane barijere što dovodi do zaključka da je

upravno on rani medijator koji aktivira upalnu kaskadu (Hayakawa, 2013).

Izvanstanični HMGB1 veže se na svoje receptore i aktivira signalni put koji vodi pojačanom

izražaju citokina i pro-upalnih molekula. Djeluje na autokrini i parakrini način. (Hayakawa i

sur, 2013). Na stanicama mozga djeluju TLR-ovi (eng. toll-like receptors) i RAGE-ovi (eng.

Receptor for advanced glycation end products) receptori preko kojih se odvija HMGB1

signalizacija (Caso i sur, 2007). RAGE-ovi pripadaju podskupini imunoglobulinskih receptora

te se povezuju sa raznim patološkim stanjima poput dijabetesa, neurodegenerativnih bolesti,

upalnih procesa i tumora (Rauvala and Rouhiainen, 2007). Izražavaju ih monociti, makrofazi,

živčane, endotelne i tumorske stanice (Yang i sur, 2005).

Page 19: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

13

Vezanjem za RAGE receptore potiču se NF-κB (engl. nuclear factor kappa-light-chain-

enhancer of activated B cells) (Thoranelly, 1998) i MAPK (engl. Mitogen Activated Protein

Kinase) signalni putevi (Degryse i sur 2001). Preko proteinskih kinaza Rac1, CDC42, Ras i

p38 dolazi do aktivacije NF-kβ puta (Yang i sur, 2010). NF-kβ je proteinski kompleks

uključen u stanične odgovore na stres, citokine, slobodne radikale. Igra ključnu ulogu u

regulaciji imunosnog odgovora kontrolom mnogih gena uključenih u stvaranje upale.

Prisutnost NF-kβ vezujućih mjesta na promotoru RAGE receptora stvara pozitivnu povratnu

spregu (Yan et al, 1994).

Ovi putevi su bitni i u samom izlučivanju HMGB1. Vezanjem IL-1 (engl. interleukin 1),

TNF-α (engl. tumor necrosis factor α), IFN-γ, LPS-a ili samog HMGB1 dolazi do njihove

aktivacije pri čemu fosforilirani MAPK-ovi i NF-kappa B migriraju do jezgre gdje direktno ili

preko adaptorskih proteina aktiviraju HAT-ove (engl. Histone Acetylases) ili inhibiraju

deacetilaze. Taj događaj zauzvrat potiče acetilaciju HMGB1. Jednom izvezeni acetilirani

HMGB1 ne može se više vratiti u stanicu (Palumbo i sur, 2004). Izražaj RAGE receptora

nizak je u uobičajenim uvjetima, ali pojačani izražaj uočen je kod upalnih procesa (Barlovic i

sur, 2011).

TLR receptori imaju građu sličnu proteinu Tollu te se nalaze na staničnoj membrani gdje

prepoznaju izvanstanične produkte mikroorganizama, ili u citosolu, gdje prepoznaju mikrobne

produkte nastale unutar stanice. Mogu biti u monomernom obliku ili međusobno stvarati

dimere. TLR receptori najvažnija su skupina receptora urođene imunosti. Njihova aktivacija

dovodi do niza događaja koji završavaju lučenjem proupalnih citokina, antimikrobnih peptida

i proteina (Andreis i sur, 2010). Nakon vezanja HMGB1 TLR2/4 šalju signale preko MyD88

(engl. Myeloid differentiation primary response gene 88), IRAK (engl. IL-1R-associated

kinase 1) i TRAF6 (engl. TNF-receptor-associated factor 6) do NF-kB kompleksa (Yang i

sur, 2010).

Više razine ekspresije TLR4 nađene su u regijama mozga gdje nije čvrsta krvno-moždana

barijera (Laflamme i sur, 2003). Blokadom ovih receptora smanjena je produkcija citokina i

dušikovog oksida te time i cjelokupna upala (Kim i sur, 2006) što predstavlja još jedan dokaz

uloge HMGB1 u indukciji upale.

Unatoč njegovim negativnim osobinama smatra se da HMGB1 ima i pozitivne funkcije.

HMGB1 signalizacija promiče endotelnu aktivaciju (Treutiger i sur, 2003) i rast (Schlueter i

sur, 2005) te može pojačati rast neurita i preživljenje neurona (Huttunen i sur, 2002).

Page 20: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

14

Inhibicijom reaktivnih astrocita, u mišjem modelu, zatomljuju se HMGB1 pozitivni astrociti

infarktnog područja što je dovelo do poremećaja u ekspresiji neurovaskularnih markera

(CD31, PSD95) koji su povezani sa funkcionalnom obnovom nakon moždanog udara

(Hayakawa i sur, 2010).

HMGB1 također pokazuje blagotvoran učinak u velikom broju patoloških stanja zahvaljujući

njegovoj sposobnosti regrutacije matičnih stanica te pozitivnom učinku na njihovu

proliferaciju (Hayakawa, 2013). HMGB1 inducira transmigraciju matičnih stanica preko

endotelnih membrana. Dokazano je da implantacijom u zdravi mišić može privući matične

stanice injektirane u optok krvi (Palumbo i Bianchi, 2004).

Također se pokazao kao ključni faktor u angiogenezi nakon moždanog udara (Biscetti i sur,

2010) te regulator aktivnosti mezenhimalnih matičnih stanica (eng. mesenchymal stem cell,

MSC) (Pistoia i Raffaghello, 2011). HMGB1 osim privlačenja MSC stanica utječe pozitivno i

na njihovu proliferaciju te inhibira njihovu sposobnost izlučivanja imunosupresivne molekule

indolamin-2,3-dioksigenaze (IDO) čije izlučivanje potiče IFN-γ. S druge strane, postoje

istraživanja koja govore o negativnom utjecaju HMGB1 na proliferaciju MSC stanica, ali

pozitivniom učinku na diferencijaciju prema osteoblastima (Meng i sur, 2008).

HMGB1 je vrlo važan i pri razvoju mozga vrste lat. Danio rerio (eng. Zebrafish) jer

omogućava preživljenje i proliferaciju živčanih progenitorskih stanica (Zhao i sur, 2011).

Živčani progenitori zamjenjuju izgubljene živčane stanice, pojačavaju neurogenezu,

angiogenezu i sinaptogenezu.

Multipotentnost HMGB1 mogla bi pomoći regeneraciji živčanog tkiva pojačavanjem

potencijala živčanih progenitora nakon moždanog udara. Iz tog razloga, u svrhu izrade ovoga

rada, živčane matične stanice su tretirane HMGB1 proteinom u kulturi prije magnetofekcije.

Page 21: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

15

1.6. Cilj istraživanja

1.6.1. Opći cilj istraživanja

Opći cilj istraživanja je bio istražiti utjecaj FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju

živčanih matičnih stanica u kulturi.

1.6.2. Specifični ciljevi istraživanja

1. Optimizirati tehniku magnetofekcije HEK293T stanica plazmidima FGFR1-mcherry,

FGFR1-EGFP i pEGFP-N1.

2. Transfecirati živčane matične stanice plazmidima koji sadrže FGFR1 receptor.

3. Odrediti uspješnost transfekcija HEK293T i živčanih matičnih stanica

kvantificiranjem transfeciranih stanica pomoću fluorescencijskog mikroskopa.

4. Odrediti učinak proteina FGF i HMGB1 na tretirane matične stanice.

5. Odrediti preživljenje transfeciranih i tretiranih stanica MTT testom.

Page 22: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

16

2. Materijali i metode

2.1. Materijali

2.1.1. Stanice

Živčane matične stanice korištene u ovom radu dobivene su izolacijom iz mozgova mišjih

zametaka starih 14 dana linije C57bl/6 prema dolje opisanom protokolu Laboratorija za

matične stanice pri Hrvatskom institutu za istraživanje mozga.

HEK293T stanice su dobivene u Laboratoriju za matične stanice pri Hrvatskom institutu za

istraživanje mozga, gdje su u redovitoj upotrebi.

2.1.2. Plazmidi

Za transfekcije stanica korištena su tri različita plazmida. pEGFP-N1 je komercijalno

dostupan plazmid (Clontech), dok je FGFR1-mCherry i FGFR1-EGFP plazmide ljubazno

ustupio laboratorij prof.dr.sc. Klimachewskog (Irshick i sur, 2012.)

Page 23: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

17

2.2. Metode

2.2.1. Uzgoj i transformacija bakterija

Budući da plazmidi korišteni u eksperimentima nose gen za otpornost na kanamicin,

pripremljene su bakterijske podloge s tim antibiotikom s ciljem da se potakne rast samo

uspješno transformiranih kolonija. Plazmidi FGFR1-mcherry, FGFR1-EGFP i pEGFP-N1

sadrže otpornost na kanamicin. Za pripravu podloga u 400 ml deionizirane vode dodano je 6

g agara (Agar-agar, Kobe 1; Carl Roth) te 10 g LB Broth medija (Luria Miller, LB; Carl

Roth). Medij je prije korištenja steriliziran autoklaviranjem (Kambič) te nakon toga ohlađen

na otprilike 55 °C prije dodavanja antibiotika u konačnoj koncentraciji od 100 µg/ml. Medij je

zatim izliven u Petrijeve posudice. Nakon što je podloga prešla u kruto stanje LB ploče su

pohranjene u hladnjak na 4 C°.

Kompetentne bakterije su pripremljene su tako da je inkubirano 10 µl DH5α bakterija (izvor

laboratorij prof. dr.sc. Gajovića) preko noći u 4 ml LB medija i uz trešnju brzinom od 220

rpm. 1 ml prekonoćne kulture nasađen je u 50 ml LB medija bez antibiotika te ponovno

inkubiran uz trešenje (pri 37 °C) sve dok optička gustoća kulture nije iznosila 0,3 - 0,4.

Optička gustoća kulture izmjerena je na spektrofotometru (BIO RAD Model 680XR) pri

valnoj duljini od 600 nm. Zatim je 25 ml bakterijske kulture odvojeno i inkubirano na ledu 10

minuta. Kultura je centrifugana 5 min na 4 °C pri brzini od 2000 x g (Centrifuge 5415C,

Eppendorf). Supernatant je otklonjen, a talog resuspendiran u 12,5 ml hladnog 50 mM CaCl2.

Bakterijska kultura je ponovno centrifugirana 5 min na 4 °C pri brzini od 2000 x g, a talog

resuspendiran u 2,5 ml otopine za smrzavanje (25 ml 100 mM CaCl2, 5 ml glicerol, 20 ml

dvostruko destlirane H20, dvostruko destilirane H2O). Bakterije su pohranjene u alikvotima

od po 150 µl na -80°C.

Nakon toga, DH5α bakterijske stanice transformirane su heat-shock metodom, što

podrazumijeva izlaganje stanica temperaturi višoj od optimalne temperature organizma iz

kojeg su izolirane. Izlaganjem bakterijskih stanica nagloj promjeni temperaturi, tj. heat

shocku, dolazi do stvaranja razlike u tlaku između unutrašnjosti bakterije i njezine okoline što

dovodi do stvaranja pora u membrani bakterija kroz koje može proći superzavijena DNA.

Kompetentne Escherichia Coli DH5α bakterije preseljene su s -80°C, gdje su pohranjene na

led kako bi se postupno odmrznule. Dodano je 2.5 µl plazmidne DNA (Clontech; laboratorij

prof. Klimachewskog) u 50 µl DH5α kompetenih bakterijskih stanica.

Page 24: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

18

Smjesa bakterija i plazmida kratko je promiješana te ostavljena na ledu 30 minuta. Zatim je

prenesena u vodenu kupku na 45 sekundi pri temperaturi od 42 °C. Smjesa bakterija i

plazmida je potom ostavljena na ledu 2 minute, a nakon toga dodano je 450 µl LB medija.

Tako pripremljene bakterije inkubirane su na 37 °C sat vremena u inkubatoru za bakterije s

horizontalnom tresilicom (OPTIC Ivyem System). Nakon sat vremena po 50 µl bakterija

nasađeno je na svaku pojedinu LB ploču te su LB ploče ostavljene u inkubatoru na 37 °C

preko noći. LB ploče sadržavale su selektivni antibiotik (kanamicin) tako da su rasle samo

bakterije s plazmidom budući da on nosi rezistentnost. Idući dan su određene kolonije

prenesene s ploča u LB medij s antibiotikom koncentracije 100 µg/ml. Epruvete su ostavljene

preko noći u tresilici na 37 °C.

Page 25: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

19

2.2.2. Izolacija plazmidne DNA

Nakon što su se bakterijske stanice namnožile u prekonoćnoj kulturi uslijedila je izolacija

plazmidne DNA. Plazmidna DNA izolirana je metodom alkalne lize u tri koraka. Za prvi

korak, pripravljen je pufer za stabilizaciju stanica. U tu svrhu, 0,303 g Tris baze i 0,372 g

Na2EDTA x 2H20 otopljeno je u 80 ml deionizirane vode. pH je podešen na 8,0 pomoću

klorovodične kiseline. Puferu s pH 8,0 dodano je 0,9 g glukoze i deionizirane vode do

ukupnog volumena od 1 l. Tik prije korištenja, puferu je dodano 10 mg RNaze A na 100 ml

otopine. Glukoza u puferu za stabilizaciju stanica održava otopinu izotoničnom, EDTA kelira

divalentne katione koji su produkt lize bakterija te se inaktiviraju enzimi koji mogu naštetiti

plazmidnoj DNA, dok Tris baza ima pufersku ulogu. RNaza A je stabilni enzim aktivan u

uvjetima poput visoke alkalnosti, prisutnosti kelirajućih reagensa i deterdženata. RNaza A

pomaže ukloniti RNA kako bi bila izolirana što čišća plazmidna DNA.

Za drugi korak, pripravljen je pufer za lizu stanica. U tu svrhu, 0,8 g NaOH otopljeno je u 95

mL deionizirane vode te dodano 5 mL 20%-tnog SDS-a. SDS je deterdžent koji otapa

fosfolipide i denaturira proteinske komponente stanične membrane što dovodi do lize

bakterijskih stanica i oslobađanja staničnog sadržaja. NaOH stvara visoko alkalne uvjete što

dovodi do denaturacije plazmidne i genomne DNA.

Za treći korak, pripremljen je pufer za neutralizaciju. U tu svrhu je otopljeno 29,44 g

kalijevog acetata u 50 mL deionizirane vode. pH je podešen na 5,5 pomoću glacijalne acetilne

kiseline i dodano deionizirane vode do ukupnog volumena od 100 mL. Kalijev acetat u puferu

ima neutralizacijsko djelovanje, dakle vraća pH u normalu što rezultira renaturacijom i

precipitacijom plazmidne i genomske DNA. Obje DNA se renaturiraju dodatkom pufera za

neutralizaciju. Plazmidna DNA se renaturira pravilno zahvaljujući svojoj kružnoj

konformaciji i kovalentnim vezama te zadržava u otopini. Genomska DNA se nepravilno

renaturira te dolazi do njene precipitacije i padanja na dno epice.

Za početak procesa izolacije odvojen je 1,5 mL kulture inkubirane preko noći. Cetrifugirana

je 10 minuta pri 3000 x g i 4 °C. Supernatant je bačen, a talog s bakterijama resuspendiran u

100 µL hladnog pufera za stabilizaciju vorteksiranjem kako bi se stanice razišle jedna od

druge. Nadalje, smjesi je dodano 200 μl pufera za lizu stanica te je smjesa nježno promiješana

oko pet puta i inkubirana na ledu 4 - 5 minuta. Nakon ovog koraka dodana je RNaza A (100

mg/L) te potom otopina za lizu stanica.

Page 26: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

20

U zadnjem koraku, dodano je 150 µL pufera za neutralizaciju, ponovno je sve lagano

izmiješano i inkubirano na ledu 5 minuta. Centifugiranjem 5 minuta na 12000 x g i 4 °C

dobiven je bijeli talog. Supernatant je odvojen te mu je dodan je fenol-kloroform u jednakom

volumenu (450 μl). Otopina je vorteksirana i centrifugirana 2 minute na 12000 x g.

Supernatant je prenesen u čiste epice te je dodano dvostruko više volumena 100% etanola

(EtOh) pri sobnoj temperaturi kako bi se precipitirala plazmidna DNA.

Nakon ponovnog vorteksiranja izdvojile su se dvije faze otopine. Gornja faza je odvojena i

centrifugirana 5 minuta na 12000 x g i 4 °C. Supernatant je bačen, a DNA talog je ostavljen

da se posuši. Dodan je 1 ml 70%-tnog etanola kako bi se uklonile soli iz peleta. Talog je

otopljen u 50 µL deionizirane vode koja je sadržavala 20 µg/ml RNaze A, te je pohranjen u

zamrzivač na -20 C°.

Koncentracija plazmidne DNA izmjerena je na NanoDrop ND-1000 spektrofotometru.

Mjerenje je izvršeno nakon izolacije plazmidne DNA, a prije obrade restrikcijskim

endonukleazama. Maksimalna apsorpcija DNA je na valnoj duljini od 260 nm, pa je na

spektrofotometru mjerena apsorpcija ultraljubičastih zraka na toj valnoj duljini. Također je

mjerena i čistoća DNA u otopini mjereći apsorbanciju ultraljubičastih zraka na valnoj duljini

od 280 nm, na kojoj proteini maksimalno apsorbiraju. Čistoća je izražena kao omjer

apsorbancije na 260 nm (DNA) i apsorbancije na 280 nm (proteini). Taj omjer kod dobro

pročišćene DNA iznosi između 1,6 i 1,8. Rezultati mjerenja prikazani su tablicom 1.

Tablica.1. Koncentracije plazmidne DNA

Plazmidi C (ng/μl)

pEGFP-N1 5000

FGFR1-mcherry 3100

FGFR1-EGFP 3200

Page 27: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

21

2.2.3. Vizualizacija plazmidne DNA

Restrikcijske endonukleaze (RE) su enzimi koji prepoznaju specifične kratke palindromske

slijedove DNA i režu dvolančanu DNA na tim slijedovima ili nedaleko od njih.

Rekombinantni plazmid FGFR1-mCherry podvrgnut je obradi restrikcijskom endonukleazom

EcoRI (Promega) uz pripadajući pufer H (Promega), a plazmidi pEGFP-N1 i FGFR1-EGFP

restrikcijskom endonukleazom HindIII (Promega) uz pripadajući pufer E (Promega), kako

bismo plazmide mogli vizualizirati na elektroforezi. Cijepanje restrikcijskim endonukleazama

uslijedilo je nakon izolacije plazmida iz bakterija. Obrada restrikcijskim enzimima je vršena

na 1,5 µg DNA u reakciji ukupnog volumena 20 µL koristeći goveđi serum albumin (Bovine

Serum Albumin, BSA, Promega) koji pospješuje enzimatske reakcije te pripadajući pufer.

Reakcijska smjesa inkubirana je 4 sata na 37 C°. Sastojci reakcijske smjese i njihovi volumeni

prikazani su tablicom 2. Rezultat obrade provjeren je elektroforezom na agaroznom gelu (sl.

4).

Tablica. 2. Sastojci reakcijske smjese

(µl) FGFR1-mCherry FGFR1-EGFP pEGFP-N1

ddH20 5 5 14,5

BSA 2 2 2

Pufer 2 2 2

Plazmidna DNA 10 10 0,5

RE 1 1 1

Elektroforeza plazmidne DNA na agaroznom gelu koristila se za razdvajanje molekula DNA

prema veličini. S obzirom da konformacija molekule DNA utječe na njenu pokretljivost u

elektroforezi na gelu, koristila se DNA prethodno linearizirana restrikcijskim

endonukleazama. Nelinearizirana plazmidna DNA daje 3 linije na gelu, od kojih svaka

odgovara jednoj njenoj konformaciji (otvorenoj kružnoj, linearnoj i superzavijenoj

konformaciji) te nam ne bi mogla poslužiti kao pokazatelj veličine, odnosno broja baza

plazmidne DNA.

Page 28: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

22

Za elektroforezu su korišteni gelovi s 1% agaroze (Invitrogen), a za vizualizaciju DNA na

gelu korišten je etidijev bromid (Sigma-Aldrich) budući da on fluorescira na UV svjetlu kad

je interkaliran u DNA, čime različite linije DNA molekule postaju vidljive. U jažice gela se

također s uzorkom dodaje i pufer za nanošenje koji ima dvojaku funkciju. Budući da je obojen

on omogućuje praćenje kretanja uzoraka kroz gel te omogućuje da se uzorak nataloži u jažici

kod nanošenja na gel. Elektroforeza je provođena u 1 x TBE puferu (Tris/Borat/EDTA) pri

sobnoj temperaturi i naponima od 10 do 15 mV/cm na uređaju za elektroforezu (Biometra

PS304 II minipac). Veličina fragmenata DNA određivana je pomoću komercijalnih standarda

poznatih veličina (Bench Top 1kb DNA Ladder, G754 A). Rezultat elektroforeze prikazan je

slikom 4.

Slika 4. Ljestvice DNA na agaroznom gelu: redom su poredani pEGFP-N1, FGFR1-mcherry i FGFR1-EGFP

plazmid. U zadnjem stupcu je prikazan marker (Bench Top 1kb DNA Ladder) prema kojemu se uspoređuje

veličina fragmenata ispitivanih plazmida.

Page 29: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

23

2.2.4. Kultura HEK293T stanica

HEK293T stanice dobivene su smrznute te su za uspostavu kulture prvo morale biti

odmrznute. Smrznute HEK293T stanice prenesene su u iz zamrzivača u vodenu kupelj

(Techne TE-10D Tempette) na 37 °C. Nakon što su se otopile, cijeli volumen je dodan u 20

ml medija za rast HEK293T stanica. HEK293T stanice uzgajane su u polistirenskim bocama

za uzgoj stanica povrsine 75 cm2 (Falcon). Medij za HEK293T stanice sastoji se od sa 1%

Pen/Strep-a (mješavina penicilina i streptomicina, Gibco), 1% L-glutamina (Sigma) i 10%

telećeg seruma (eng. Fetal Bovine Serum, Gibco) i DMEM-a (Lonza).

Kada postigne konfluentnost od oko 80% (svakih 3-4 dana), kultura HEK293T stanica mora

biti presađena. Nakon uklonjanja starog medija dodano je 10 ml sterilnog 1 X PBS-a. Sterilni

PBS ima ulogu uklanjanja iona koji su sadržani u mediju za HEK stanice. Ione je potrebno

ukloniti kako bi tripsin koji se dodaje u sljedećem koraku mogao djelovati. Tripsin-EDTA

(PAA- The Cell Culture Company) je dodan direktno na stanice te ostavljen da djeluje 1-2

minute, dok se stanice nisu krenule odvajati od podloge. Čim su se stanice počele odvajati

dodano je 4 ml medija za rast koji sadrži ione (Ca2+

) te inaktivira tripsin. Pri dužem vremenu

tripsin može uzrokovati smrt stanica. Nakon dodatka medija za rast stanice su centrifugirane

4 min pri 1000 x g na centrifugi Thermo Scientific SL 16R Centrifuge. Potom je sav medij

uklonjen te su stanice resuspendirane u 2 ml medija. Izvršeno je prebrojavanje stanica

pomoću hemocitometra (Marienfield) te je dodan željeni volumen u 20 ml svježeg medija.

Ukoliko su bile potrebne za eksperiment, nakon prebrojavanje stanica, dodan je željeni

volumen stanica u bunariće na pločama (eng. Tissue Culture Treated Plate, 24 well, Falcon).

Dio HEK 293T stanica nanovo je smrznut kako bi ostale pohranjene za buduće eksperimente.

Medij sa stanicama pohranjen je u cryo-tubice (Kisker Biotech). Cijeli proces izveden je na

ledu jer je korišten DMSO (Sigma) čije otapanje je egzotermna reakcija što može uzrokovati

koagulaciju proteina u serumu. Medij za smrzavanje sastoji se od 70% DMEM-a , 10% FBS-a

(Gibco) i 20% DMSO-a. Prvo su promiješani DMEM i FBS, a zatim je dodan DMSO na ledu.

Nakon toga stanice su tripsinizirane i centrifugirane (vidi ''Presađivanje HEK293T stanica'') a

zatim resuspendirane u 1,5 mL medija koji se sastojao samo od DMEM-a i FBS-a.

Na tih 1,5 mL stanica u DMEM-u dodan je 1,5 mL već pripremljenog medija s DMSO. Po 1

mL medija dodan je u svaku cryo tubicu koje su zatim pohranjene u zamrzivač na -80 °C.

Page 30: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

24

2.2.5. Kultura živčanih matičnih stanica

Mišica iz linije C57bl/6 trudna 14 dana eutanazirana je cervikalnom dislokacijom. Izvađena

su oba roga maternice s embrijima i premješteni u Petrijevu posudicu s hladnim 1 X PBS-om.

Unutar digestora (EHRET) su izolirani embriji iz maternice. Glave su im odvojene od tijela na

mjestu vratne leđne moždine. Zatim, počevši od kranijalnog kraja glave, izvršen je sagitalni

rez kroz kožu i lubanju te je izoliran mozak. Nakon izolacije, mozgovi su usitnjeni škaricama

i pincetom te je započet proces disocijacije. Odvojen je višak tekućine i dodana je akutaza (2-

3 ml za 4-5 mozgova) (eBioscience.com). Inkubacija s akutazom trajala je 20-30 minuta uz

resuspendiranje do ukupno 30 puta. Nakon inkubacije tkivo se istaložilo te je odvojen gornji

sloj tekućine sa stanicama. Kako bi se inaktivirala akutaza dodano je 5 ml DMEM-F12

(Gibco) budući da se ona inaktivira razrijeđenjem. Provedena je centrifuga 6 min na 340 x g i

pri sobnoj temperaturi. Stanični talog je resuspendiran u 2 ml medija za rast. Izvršeno je

prebrojavanje stanica te nasađen željeni broj stanica u 25 ml medija za živčane matične

stanice. Medij za živčane matične stanice sastoji se od DMEM-F12 (92%), sa 1xN2 (Gibco),

1xB27 (Gibco) i 1xPen/Strep (Gibco) sa 20 ng/ml EGF (Gibco) i 10 ng/ml bFGF (Gibco).

Stanice su pohranjene u inkubator (Binder) pri 37 C° i 5% CO2. Unutar 24 - 48h stanice su

počele stvarati neurosfere. Treći dan je vršeno presađivanje stanica.

Živčane matične stanice presađivane su pri veličini nakupina od 150-200 µm. Nakon 5 min

centrifuge pri brzini od 200 x g i sobnoj temperaturi supernatant je uklonjen te je dodano 2 ml

akutaze. Neurosfere su inkubirane u akutazi 10 minuta pri sobnoj temperaturi uz konstantno

trešenje i trituraciju (20-30 puta). Za zaustavljanje reakcije dodano je 5 ml DMEM-F12 kako

bi se akutaza razrijedila te je suspenzija centrifugirana 6 min pri brzini od 340 x g te sobnoj

temperaturi. Supernatant je uklonjen, a talog sa stanicama resuspendiran u mediju za rast.

Izvršeno je prebrojavanje stanica te je željeni broj stanica dodan u svježi medij. Ukoliko su

bile potrebne za eksperiment, nakon prebrojavanje, željeni broj stanica dodan je u bunariće na

pločama (eng. Tissue Culture Treated Plate, 24 well, Falcon).

Višak živčanih matičnih stanica uvijek je smrzavan za buduće eksperimente. Kako bi bile

spremne za smrzavanje prethodno su nasađene u gustoći od 10 milijuna stanica u 10 ml

medija i ostavljene dan, dva u kulturi kako bi se oblikovale neurosfere. Proces smrzavanja je

izveden na ledu budući da je korišten DMSO kao i kod smrzavanja HEK stanica. Medij za

smrzavanje sastoji se od 70% DMEM-F12, 10% FBS-a i 20% DMSO-a. Prvo su promiješani

DMEM i FBS, a zatim je dodan DMSO na ledu.

Page 31: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

25

Neurosfere nisu tretirane akutazom već su centrifugirane (200 x g, 5 minuta). Medij je

uklonjen, a pelet je vrlo oprezno resuspendiran u 1,5 ml DMEM/F-12 s 10% FBS-a. Na tih

1,5 ml dodan je 1,5 ml prethodno pripremljenog medija za smrzavanje te je razdijeljen po 1

ml u 3 cryo-tubice. Stanice su zatim pohranjene na -80 °C.

Stanice su izvađene sa -80°C i prebačene u kupelj na 37 °C. Čim su se otopile izvršena je

centrifuga (200 x g, 5 minuta). Uklonjen je supernatant (medij za smrzavanje s DMSO), a

talog resuspendiran u 1 ml medija za rast vrlo oprezno kako se ne bi razbile sfere. Stanice su

nasađene u 20 ml medija za NSC te su nakon dva dana neurosfere bile spremne za

presađivanje.

Page 32: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

26

2.2.6. Transfekcija stanica

Transfekcija je metoda unosa strane DNA u stanice eukariota, a izvodi se pomoću

prijenosnika ili vektora. Za transfekciju stanica korištena je metoda magnetofekcije.

Magnetofekcija predstavlja transfekciju pomoću magnetnog polja te magnetnih čestica koje

pod utjecajem polja prolaze kroz membranu stanica u njihovu unutrašnjost. Magnetofekcije su

izvršene prvo na HEK293T stanicama, a kasnije i na živčanim matičnim stanicama.

HEK293T stanice korištene su kako bismo dobili početne rezultate s kojima bismo mogli

usporediti uspješnost na živčanim matičnim stanicama. Korištene su dvije različite vrste

magnetnih čestica. Za HEK293T stanice korištene su ntMAG (Nanotherics), a za živčane

matične stanice NeuroMag čestice (Oz Biosciences). Magnetofekcija je vršena na uređaju za

magnetofekciju Magnefect-nano II Nanotherics. Provedeno je 11 magnetofekcija na

HEK293T stanicama pomoću komercijalnih ntMag magnetih čestica. Korišteni su plazmidi

pEGFP-N1 i dva plazmida s ugrađenim FGFR1 receptorom: FGFR1-mCherry te FGFR1-

EGFP.

HEK293T stanice pokazale su se najboljima za tretiranje magnetofekcijom nakon što su 2-3

puta presađene nakon odmrzavanja. Dan prije magnetofekcije bilo je potrebno nasaditi stanice

na ploče s 24 bunarića. Tijekom uobičajenog postupka presađivanja, nakon prebrojavanja

stanica, željeni broj stanica (40 000 po bunariću) bio je nasađen na ploču. Korištene su

komercijalne ploče prethodno tretirane za uzgoj tkiva (eng. Tissue Culture Treated Plate, 24

well, Falcon). Ovisno o eksperimentu na stanice su dodani FGF i/ili HMGB1 protein. FGF je

dodavan u količini od 1,2 μl/bunariću ploče (koncentracija 5 μg/ml), a HMGB1 500

ng/bunariću ploče (tj. 800 ng/ml).

Za početak su pripravljeni kompleksi reagensa (ntMag) i DNA. Reagens je vorteksiran i

dodan u mikrotubicu (7,2 μl; taj volumen je kasnije razdijeljen na 6 bunarića – 1,2 μl po

bunariću). DNA je dodavana u željenoj količini u OPTIMEM (proizvođač) u drugu

mirkotubicu. Količina DNA tj. njena koncentracija mijenjala se kroz eksperimente, a

najboljom se pokazala koncentracija od 2,5 μg po bunariću.

Budući da su eksperimenti rađeni u triplikatima DNA je bila otopljena u 180 μl OPTIMEM-a,

a taj volumen je zatim razdijeljen na 6 bunarića na ploči. DNA i OPTIMEM su zatim bili

dodani u tubicu s ntMag-om uz pipetiranje i vorteksiranje te je smjesa inkubirana 15 minuta

pri sobnoj temperaturi kako bi se stvorili kompleksi stanica i magnetnih čestica.

Page 33: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

27

Kompleksi DNA i čestica su zatim dodani na stanice koje su dan prije bile nasađene na ploču

s 24 bunarića (sl. 5). Dodavanje je izvedeno sporo i nježno, a cijela ploča je prije stavljanja a

uređaj za magnetofekciju lagano protresena kako bi se stanice jednoliko rasporedile na

podlozi. Ukupan volumen za transfekciju je trebao iznositi 600 µl po bunariću. ntMag čestica

je dodano 1,2 µl, plazmidne DNA 2,5 µg, a ostatak je bio OPTIMEM do volumena od 600 µl.

Kroz sve magnetofekcije mijenjan je broj stanica u bunarićima, količina magnetnih čestica te

količina DNA kako bi se dobila najveća moguća uspješnost transfekcije te provjerila

vijabilnost stanica ovisno o koncentracijama pojedinih komponenti. Transfekcija HEK293T

stanica trajala je sat vremena, a uređaj za magnetofekciju (Magnefect-nano II, Nanotherics) je

za to vrijeme bio u inkubatoru. Nakon sat vremena, ploča je maknuta s uređaja i pohranjena u

inkubator na 24h pri 37 °C i koncentraciji CO2 5% . Sljedeći dan rezultati su očitavani na

Axiovert 200 fluorescencijskom mikroskopu.

Za transfekcije živčanih matičnih stanica pomoću magnetnog polja korištene su drugačije

vrste magnetnih čestica, NeuroMag čestice (Oz Biosciences). Također je i podloga morala biti

posebno pripremljena. Za tu namjenu korišten je poliaminokiselina poli-D-lizin, koja olakšava

pričvršćivanje stanica za čvrste podloge. U svaki bunarić ploče dodano je 600 μL poli-D-

lizina (100 μg/ml, Sigma). Ostavljen je da djeluje sat vremena, a nakon toga bunarići su

isprani dva puta s deioniziranom vodom te su ploče bile spremne za nasađivanje živčanih

matičnih stanica.

Za magnetofekciju živčanih matičnih stanica također je potrebno 24 sata prije nasaditi stanice

u željenoj količini na ploču s 24 bunarića. Tijekom uobičajenog postupka presađivanja, nakon

prebrojavanja stanica, željeni broj stanica bio je nasađen u bunariće na ploči (35 000 stanica

po bunariću ploče se pokazao kao optimalan broj stanica). Ovisno o eksperimentu stanice su

prije magnetofekcije tretirane sa HMGB1 proteinom u koncentraciji od 500 ng/bunariću ploče

(800 ng/ml). Postupak je bio jednak onome s HEK293T stanicama s razlikom u trajanju same

magnetofekcije te korištenju drugih čestica.

Za početak su pripravljeni kompleksi reagensa (ntMag) i DNA. Reagens je vorteksiran i

dodan u mikrotubicu (7,2 μl; taj volumen je razdijeljen dalje na 6 mikrotubica). DNA je

dodavana u željenoj količini u OPTIMEM (proizvođač) u drugu mikrotubicu. Količina DNA

tj. njena koncentracija mijenjala se kroz eksperimente, a najboljom se pokazala koncentracija

od 2,5 μg po bunariću. Budući da su eksperimenti rađeni u triplikatima DNA je bila otopljena

u 180 μl OPTIMEM-a, a taj volumen je zatim razdijeljen na 6 bunarića na ploči.

Page 34: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

28

DNA i OPTIMEM su zatim bili dodani u tubicu s NeuroMag-om uz pipetiranje i vorteksiranje

te je smjesa inkubirana 15 minuta pri sobnoj temperaturi kako bi se stvorili kompleksi stanica

i magnetnih čestica. Kompleksi DNA i čestica su zatim dodani na stanice koje su dan prije

bile nasađene na ploču s 24 bunarića (sl. 5). Dodavanje je izvedeno sporo i nježno, a cijela

ploča je prije stavljanja a uređaj za magnetofekciju lagano protresena kako bi se stanice

jednoliko rasporedile na podlozi. Ukupan volumen za transfekciju je trebao iznositi 600 µl po

bunariću. ntMag čestica je dodano 1,2 µl, plazmidne DNA 2,5 µg, a ostatak je bio OPTIMEM

do volumena od 600 µl. Kroz sve magnetofekcije mijenjan je broj stanica u bunarićima,

količina magnetnih čestica te količina DNA kako bi se dobila najveća moguća uspješnost

transfekcije te provjerila vijabilnost stanica ovisno o koncentracijama pojedinih komponenti.

Transfekcija NSC stanica trajala je 15 minuta, a uređaj je za to vrijeme bio u inkubatoru.

Nakon sat vremena, ploča je maknuta s uređaja i pohranjena u inkubator na 24h pri 37 °C i

koncentraciji CO2 5% . Sljedeći dan rezultati su očitavani na Axiovert 200 fluorescencijskom

mikroskopu.

Slika 5. Prikaz stvaranja kompleksa magnetnih čestica i DNA te njihovo dodavanje na stanice

(www.origene.com/cdna/magnetofection.mspx)

Page 35: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

29

2.2.7. MTT test preživljenja i proliferacije stanica

Preživljenje stanica nakon transfekcija određivano je MTT (3-[4,5-dimetiltiazol-2-yl]-2,5-

difeniltetrazolium bromid) testom. Dvadeset i četiri sata nakon magnetofekcije dodan je MTT

u koncentraciji od 0,5 mg/ml te su stanice inkubirane 45 min pri 37 °C i 5% CO2. Nakon

inkubacije, pojavljuju se kristalići ljubičaste boje kod živih stanica. Žive stanice sadrže

enzime koji reduciraju MTT u njegov netopivi oblik formazan te je stoga količina formazana

proporcionalna broju živih stanica. Apsorbancija se u MTT testu mjeri na valnim duljinama

između 500 i 600 nm. Izmjerena je pri 595 nm na NanoDrop ND-1000 spektrofotometru.

MTT podaci prikazani su kao postotak prosječnih vrijednosti kontrolnih stanica. Preživljenje

stanica izračunato je prema formuli:

pri čemu je blank prazan DMSO u kojem se otapaju kristalići, a kontrola uzorak netretiranih

stanica (nisu podvrgnute magnetofekciji). Ovim testom se osim preživljenja stanica

određivala i njihova proliferacija. Budući da je MTT test provođen 24h nakon megnatofekcije

u tom razdoblju je došlo do proliferacije stanica te njihov broj nije bio mogao biti jednak

nasađenom broju stanica na ploče.

Page 36: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

30

3. Rezultati

3.1. Optimizacija tehnike magnetofekcije na HEK293T stanicama

Kako bismo testirali utjecaj FGF i HMGB1 na stanice transfecirane receptorom FGFR1, bilo

je potrebno optimizirati tehniku transfekcije. U tu svrhu smo proveli 11 pokusa transfekcije

korištenjem uređaja kojim se transfekcija postiže putem magnetnih nanočestica

(magnetofekcija). HEK293T stanice su transfecirane plazmidima pEGFP-N1 (Clontech),

FGFR1-EGFP i FGFR1-mCherry pomoću ntMAG (Nanotherics) reagensa.

U svrhu optimizacije tehnike, HEK293T stanice su, slijedeći preporuke proizvodača,

nasađivane u različitim gustoćama (od 30 000 do 50 000) na ploče s 24 bunarića, a

eksperimentalno određena optimalna gustoća iznosila je 40 000 HEK293T stanica po

bunariću. Također, slijedeći preporuke proizvodača, testirane su različite koncentracije

plazmida (od 0,6 μg do 4,8 μg), a stanice su pritom nasađivane u triplikatima za svaku

pojedinu koncentraciju. Korištene su i različite količine reagensa (1,2 μl, 2,4 μl i 3,6 μl) kako

bi se ustanovila optimalna koncentracija za magnetofekciju HEK293T stanica te kako bismo

odredili uzrokuju li veće količine reagensa smrt stanica.

Za transfekciju HEK293T stanica plazmidima pEGFP-N1, FGFR1-EGFP i FGFR1-mCherry

najučinkovitija je bila količina plazmida od 2,4 μg, dok povećanje koncentracije ntMAG

reagensa nije bitno utjecalo na učinkovitost. Optimalnim se pokazao omjer od 2,4 μg

plazmidne DNA na 1,2 μl ntMAG reagensa.

Page 37: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

31

Slika 6. Vizualizacija uspješnosti magnetofekcije HEK293T stanica fluorescencijskom mikroskopijom.

Učinkovitost magnetofekcije HEK293T stanica određena je pobrojavanjem tranfeciranih (GFP/mCherry

pozitivnih) stanica za plazmid pEGFP-N1 (A´), FGFR1-mCherry (B´) i FGFR1-EGFP (C´) te ukupnog broja

stanica za svaki plazmid (A, B, C). Mjerne skale: 50 μm.

Uspješnost magnetofekcije HEK293T stanica određena je pomoću fluorescencijske

mikroskopije (sl. 6) budući da sva tri korištena plazmida sadrže proteine koji fluoresciraju

obasjani UV svjetlošću (zeleni fluorescentni protein EGFP (eng. Enhanced Green

Fluorescence Protein) u slučaju plazmida pEGFP-N1 i FGFR1-EGFP te crveni fluorescentni

protein mCherry u slučaju FGFR1-mcherry). Protein EGFP fluorescira zeleno u plavom dijelu

UV spektra, a protein mCherry crveno u zelenom dijelu UV spektra. To nam je omogućilo da

razlikujemo transfecirane stanice od netransfeciranih (sl. 6).

Page 38: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

32

Slika 7. Uspješnost magnetofekcije HEK293T stanica plazmidima FGFR1-mCherry, FGFR1-EGFP i

pEGFP-N1. Učinkovitost magnetofekcije HEK293T stanica izračunata je kao postotak transfeciranih stanica

(GFP/mCherry pozitivne) kroz ukupni broj stanica te prikazana grafom (A) i tablicom (B).

Učinkovitost transfekcije HEK293T stanica određena je brojanjem stanica na

fluorescencijskom mikroskopu u 3 nasumično izabrana vidna polja za svaki bunarić ploče sa

24 bunarića (sl. 6). Izračunata je kao postotak transfeciranih stanica (GFP ili mCherry

pozitivne)/ukupni broj stanica (sl. 7B). Najučinkovitija transfekcija HEK293T stanica bila je

FGFR1-mCherry plazmidom i iznosila je 18,80%. Postotak transfeciranih stanica s pEGFP-

N1 plazmidom iznosio je 17,42%, a s FGFR1-EGFP plazmidom 13,87% (sl. 7B).

Page 39: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

33

3.2. Magnetofekcija živčanih matičnih stanica

Ukupno je provedeno 7 eksperimenata magnetofekcije NSC stanica plazmidima pEGFP-N1

(Clontech), FGFR1-EGFP i FGFR1-mCherry pomoću NeuroMag (Oz Biosciences) reagensa.

Živčane matične stanice su, slijedeći preporuke proizvodača, nasađivane u različitim

gustoćama (od 30 000 do 50 000) na ploče sa 24 bunarića, a eksperimentalno određena

optimalna gustoća iznosila je 35 000 NSC stanica po bunariću.

Kao i u HEK293T stanica, za magnetofekciju NSC stanica plazmidima pEGFP-N1, FGFR1-

EGFP i FGFR1-mCherry optimalnim se pokazao omjer od 2,4 μg plazmidne DNA na 1,2 μl

NeuroMag reagensa.

Slika 8. Vizualizacija uspješnosti magnetofekcije živčanih matičnih stanica fluorescencijskom

mikroskopijom. Učinkovitost magnetofekcije živcanih matičnih stanica određena je pobrojavanjem

tranfeciranih (GFP/mCherry pozitivnih) stanica za plazmid pEGFP-N1 (A´), FGFR1-mCherry (B´) i FGFR1-

EGFP (C´) te ukupnog broja stanica za svaki plazmid (A, B, C). Mjerne skale: 50 μm.

Uspješnost magnetofekcije NSC stanica određena je brojanjem stanica na fluorescencijskom

mikroskopu u 3 nasumično izabrana vidna polja za svaki bunarić ploče sa 24 bunarića (sl. 8).

Učinkovitost transfekcije izračunata je kao postotak transfeciranih stanica (GFP ili mCherry

pozitivne)/ukupni broj stanica (sl. 9B). Najučinkovitija transfekcija NSC stanica bila je

FGFR1-EGFP plazmidom i iznosila je 27,14%. Postotak transfeciranih stanica s pEGFP-N1

plazmidom iznosio je 21,83%, a s FGFR1-mCherry 9,57% (sl. 9).

Page 40: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

34

Slika 9. Uspješnost magnetofekcije živčanih matičnih stanica plazmidima FGFR1-mCherry, FGFR1-

EGFP i pEGFP-N1. Učinkovitost magnetofekcije živčanih matičnih stanica izračunata je kao postotak

transfeciranih stanica (GFP/ mCherry pozitivne) kroz ukupni broj stanica te prikazana grafom (A) i tablicom

(B).

3.3. Utjecaj aktivnosti receptora FGFR1 i proteina HMGB1 na

preživljenje HEK293T stanica

Kako bi se NSC stanice mogle usporediti sa drugim rezultatima u eksperimentima su

korištene HEK293T stanice za koje se vjeruje da su također živčanog podrijetla zbog

izraženih neurofilamentnih podjedinica kao i drugih proteina tipičnih za živčane stanice

(Shaw i sur, 2002). Budući da HEK293T stanice u svom mediju za rast nemaju FGF, MTT je

izveden kod njih u tri slučaja. Mjereno je preživljenje nakon transfekcije plazmidima kako

bismo vidjeli sam utjecaj tih plazmida na stanice. U drugom slučaju, transfekcija je provedena

na jednak način, ali je dodan i FGF tijekom nasađivanja stanica prije magnetofekcije kako bi

se ustanovio utjecaj FGF-a na preživljenje. U trećem slučaju dodan je i protein HMGB1 uz

FGF kako bi se odredio njihov kumulativan utjecaj na stanice.

Pokazalo se da sama magnetofekcija ne utječe negativno na stanice te nije došlo do promjena

u njihovoj morfologiji. Dodatak reagensa je uzrokovao određenu smrtnost stanica (87,33%

preživjelih). U kombinaciji sa plazmidima ta smrtnost se dodatno povećala. S plazmidom

FGFR1-EGFP preživjelo je 70,33% stanica, sa pEGFP-N1 68% stanica, a sa FGFR1-mcherry

64,33% stanica (sl. 10).

Page 41: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

35

Slika 10. Utjecaj magnetofekcije na preživljenje HEK293T stanica transfeciranih FGFR1-mcherry, FGFR1-

EGFP i pEGFP-N1 plazmidom (stanice nisu tretirane FGF i HMGB1 molekulama)

Dodatak FGF na kontrole bez plazmida uzrokovao je niže preživljenje nego bez njega.

Stanice s FGF-om imale su preživljenje od 85,33% nakon magnetofekcije, a stanice koje su

imale dodan i reagens uz to su imale preživljenje od 79,33%.

Međutim, kod stanica koje su transfecirane s plazmidima uočilo se bolje preživljenje nego u

eksperimentu bez dodanog FGF-a. Stanice sa pEGFP-N1 plazmidom su imale najbolje

preživljenje od 97%. Visoko preživljenje od 95,67% zabilježeno je kod stanica s

transfeciranim FGFR1-EGFP plazmidom. Kod stanica s FGFR1-mcherry plazmidom nije

uočena razlika u usporedbi sa stanicama u eksperimentu bez dodanog FGF-a (sl. 11).

Slika 11. Utjecaj magnetofekcije na preživljenje HEK293T stanica transfeciranih FGFR1-mcherry, FGFR1-

EGFP i pEGFP-N1 plazmidom (stanice su tretirane FGF molekulom prije magnetofekcije)

Page 42: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

36

Iako je pri dodatku FGF-a i HMGB1 zasebno stanicama uočeno podjednako preživljenje

(85,33% i 85%), dodatkom oba proteina stanicama koje imaju u mediju i reagens dobiveno je

preživljenje od 103,33%. Dodatak oba proteina stanicama s plazmidima smanjio je

preživljenje stanica te je tako kod stanica s pEGFP-N1 plazmidom preživljenje 92%, s

plazmidom FGFR1-EGFP preživljenje je 90%, a kod stanica s FGFR1-mcherry plazmidom

preživljenje je najniže i iznosi 59% (sl. 12).

Slika 12. Utjecaj magnetofekcije na preživljenje HEK293T stanica transfeciranih FGFR1-mcherry, FGFR1-

EGFP i pEGFP-N1 plazmidom (stanice su tretirane FGF i HMGB1 molekulom prije magnetofekcije)

Page 43: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

37

3.4. Utjecaj aktivnosti proteina FGF i HMGB1 na preživljenje živčanih

matičnih stanica

Kako bi se se utvrdio utjecaj aktivnosti signalnih puteva posredovanih FGF i HMGB1

molekulama na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih stanica, stanice su uzgajane u

mediju koji sadrži te proteine, te je proveden MTT test preživljenja stanica 24 h nakon

magnetofekcije. Budući da je MTT test provođen 24h nakon magnetofekcija, njime nije

mjereno samo preživljenje stanica već i njihova proliferacija s obzirom da su se stanice

nastavile dijeliti u kulturi te njihov broj nije jednak onome koji je nasađen za eksperiment.

NSC stanice u svom mediju za rast već imaju FGF budući da on uz EGF održava stanice u

kulturi u nediferenciranom stanju (Lotz i sur, 2013) te je pri nasađivanju stanica za

magnetofekciju bilo potrebno dodati samo HMGB1 protein. Iz tog razloga kod NSC stanica

imamo dva tipa eksperimenata, s HMGB1 i bez HMGB1 proteina.

Najprije je provedena magnetofekcija kako bi uočio utjecaj FGF-a na stanice transfecirane

plazmidima s FGFR1 receptorom, a zatim su stanice dodatno tretirane i HMGB1 proteinom.

U slučaju stanica s dodanim NanoMag nanočesticama preživljenje je iznosilo 96,67%.

Dodatkom HMGB1 proteina stanicama dobiveno je preživljenje od 93,33%.

Kod transfeciranih stanica, najbolje preživljenje imale su one s FGFR1-EGFP (96,67%), a

najslabije one s FGFR1-mcherry plazmidom (90,67%). Stanice transfecirane s pEGFP-N1

imale su preživljenje od 94,67%.

Dodatak HMGB1 proteina smanjio je preživljenje stanica. Stanice s pEGFP-N1 plazmidom

imale su preživljenje od 82,67%, stanice s FGFR1-EGFP plazmidom 78,67%, dok je kod

stanica s FGFR1-mcherry plazmidom promjena bila neznatna te je preživljenje iznosilo

90,33% .

Rezulatati MTT testova na NSC stanicama u oba tipa eksperimenata prikazana su slikom 13.

Page 44: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

38

Slika 13. Utjecaj FGF-a te kumulativnog utjecaja FGF-a i HMGB1 proteina na živčane matične stanice

transfecirane FGFR1-mcherry, FGFR1-EGFP i pEGFP-N1 plazmidom u kulturi

Page 45: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

39

4. Rasprava

Ovo istraživanje opisuje utjecaj FGF i HMGB1 proteina na preživljenje i proliferaciju

živčanih matičnih stanica i HEK293T stanica in vitro transfeciranih metodom magnetofekcije

plazmidima koji sadrže FGFR1 receptor. Eksperimenti su pokazali pozitivan utjecaj FGF-a i

negativan utjecaj HMGB1 na obje stanične linije.

Magnetofekcija je jedna od najnovijih metoda transfekcije izumljena sa svrhom da zamijeni

metode koje uključuju viralne vektore. Transfekcije viralnim vektorima dovode do pojačane

smrtnosti stanica, abnormalne diferencijacije i poremećene proliferacije što posljedično

smanjuje njihov terapeutski potencijal (Pickard i sur, 2011). Prijašnja istraživanja (Pickard i

sur, 2010A i Pickard i sur, 2010B) u kojima su testirane magnetne čestice pokazala su njihovu

visoku učinkovitost u transfekciji astrocita. Dosadašnja rijetka istraživanja magnetofekcije na

živčanim matičnim stanicama su pokazala značajno umiranje stanica pod utjecajem većih

količina magnetnih čestica Stoga ja zaključeno da reagens treba dodavati u niskim

koncentracijama od 1,2 μl/bunariću. Koncentracije veće od 1,6 μL/bunariću dovodile su do

smrti stanica okarakteriziranih masovnim odvajanjem stanica od podloge te je stoga bilo

nemoguće odrediti uspješnost same transfekcije (Sapet i sur, 2011).

Metodom magnetofekcije na NSC stanicama najveća uspješnost dobivena je transfeciranjem

pomoću FGFR1-EGFP plazmida (27,14%). FGFR1-mcherry se pokazao najmanje uspješnim

(9,57%). Budući da FGFR1-mcherry plazmid kroz sve eksperimente davao najmanju

uspješnost transfekcije, a i preživljenje, smatra se da je nefukcionalan u ovome tipu

istraživanja na NSC stanicama. U usporedbi sa istraživanjem Sapet i sur. (2011) uočena je

skoro dvostruko bolja uspješnost transfekcije koristeći FGFR1-EGFP i pEGFP-N1 plazmide.

Za potrebe njihovog istraživanja korištene su doze plazmida i reagensa u omjeru 1:1, a za ovo

istraživanje omjer je iznosio 2:1. Iz toga se može zaključiti da dvostruka doza DNA naprema

količini magnetnih čestica daje dvostruko bolju uspješnost magnetofekcije.

U slučaju HEK293T stanica, FGFR1-mcherry plazmidom postignuta je veća uspješnost

(18,80%) transfekcije nego s FGFR1-EGFP (13,87%). HEK293T stanice smo transfecirali

kako bismo ustvrdili najbolje omjere stanica i plazmida te toksičnost magnetnih čestica.

Magnetofekcije stanica sa pEGFP-N1 plazmidom su također postigle bolje rezultate (17,42%)

od eksperimenata s FGFR1-EGFP plazmidom. pEGFP-N1 plazmid je kroz sve eksperimente

pokazivao dobre rezultate i snažan signal u stanicama.

Page 46: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

40

Razlog zašto smo testirali utjecaj FGF na NSC jest taj što je član FGF obitelji kojim smo

tretirali stanice, FGF2, uključen u neuroprotekciju i popravak živčanog tkiva te je pojačano

izražen u živčanim matičnim stanicama nakon oštećenja živčanog sustava. Istraživanja na

miševima s mutiranim FGFR1 i FGFR2 pokazuju da je FGF potreban za poravak živčanog

tkiva koji slijedi nakon epileptičkih napada ili moždanog udara (Fagel i sur, 2009; Yoshimura

i sur, 2001). Ekspresija FGF2 zabilježena je kroz cijelu ventrikularnu zonu korteksa (Dehay i

sur, 2001). Dokazana je uloga FGF2 u progresiji živčanih linija tijekom neurogeneze te

održavanju proliferacije neuroepitelnih stanica prije početka neurogeneze (Raballo i sur,

2000; Storm i sur, 2006). Ispitivan je i utjecaj mutiranih verzija FGFR1 receptora u NSC

stanicama u kulturi. Navedena istraživanja su pokazala da je MAPK/Erk put signalizacije

FGF-a uključen u održavanju proliferativnog stanja stanica, a PLCγ/Ca2+ signalni put u

inhibiciji astroglijalne diferencijacije i održavanju živčanog diferencijacijskog potencijala

NSC stanica (Ma i sur, 2009). U istraživanju Lotz i sur. (2013) ispitivale su se razni protokoli

za održavanje kultura NSC stanica. Stanice izolirane iz mozga miša podvrgnuli su rastu u

medijima koji su se razlikovali po tome sadrže li FGF ili ne. Nakon sedam dana u kulturi

stanica s dodanim FGF-om uočilo se značajno preživljenje u usporedbi sa stanicama u kulturi

bez FGF-a (Lotz i sur, 2013). Sva ova saznanja o FGF-u su potvrđena i kroz ovaj rad. FGF je

korišten za održavanje stanica u nediferenciranom stanju te ih je poticao na proliferaciju, a

dodatnim pojačanjem FGFR1 receptora dobivena je bolja uspješnost preživljenja NSC

stanica.

U kulturu NSC stanica nije se moralo dodatno dodavati FGF-a budući da je on sastavni dio

njihovog medija (5 μg/ml). Visoko preživljenje stanica smo dobili kod svih NSC stanica

neovisno jesu li transfecirane FGFR1-mcherry, FGFR1-EGFP ili pEGFP-N1 plazmidom.

Najbolje preživljenje je dobiveno sa FGFR1-EGFP plazmidom (96,67%) što objašnjava

činjenica da smo dodatno pojačali FGFR1 receptor na NSC stanicama u usporedbi sa

stanicama koje nemaju transfeciran FGFR1 receptor. Stanice transfecirane FGFR1-mcherry

plazmidom imale su najlošije preživljenje (90,67%), a ovaj plazmid nije povoljno djelovao ni

kod HEK293T stanica.

Iz ovih rezultata možemo zaključiti o boljem preživljenju NSC stanica u kulturi ako ih

prethodno transfeciramo plazmidom s FGFR1 receptorom (u ovom slučaju FGFR1-EGFP).

U eksperimentima s HEK293T stanicama zabilježeno je bolje preživljenje u kulturama stanica

sa dodanim FGF ligandom.

Page 47: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

41

Iznimka je bio FGFR1-mcherry plazmid kod kojega nije bilo nikakve promjene pri dodatku

FGF-a. U slučaju stanica transfeciranih FGFR1-EGFP plazmidom došlo je do boljeg

preživljenja što pokazuje da je bitna i vrsta plazmida koji se koristi za eksperimente.

Zaključeno je da postoji mogućnost da nije došlo do okidanja kaskade signalnog puta FGF-a

jer plazmidi, koji su korišteni u istraživanju, originalno nisu namijenjeni eksperimentima za

istraživanje novih funkcija stanica u koje su transfecirani već samo za praćenje signala.

Najbolje preživljenje je dobiveno kod transfekcije HEK293T stanica pEGFP-N1 plazmidom

iako on nema transfeciran FGFR1 receptor, pa razlog vjerojatno leži u činjenici da HEK293T

stanice i same imaju izražen FGFR1 receptor na svojoj površini (Zhou i sur, 2010).

HMGB1 protein izražen u većini eukariotskih stanica, uključujući i živčane matične stanice

(Hayakawa i sur, 2013), predmet je interesa sve većeg broja istraživanja zbog njegovih širokih

funkcija od sudjelovanja u stvaranju upale do privlačenja matičnih stanica na mjesto ozljede u

organizmu. Zadnjih godina prikupljen je velik broj podataka o pozitivnih učincima HMGB1.

Njegova signalizacija potiče endotelnu aktivaciju (Treutiger i sur, 2003) i bujanje (Schleueter,

2005) te rast neurita i preživljenje neurona (Huttunen i sur, 2002). Također je zabilježeno

izlučivanje HMGB1 od strane astrocita u ekstracelularni medij (Passalacqua i sur, 1998).

Metaboličkom inhibicijom HMGB1-pozitivnih astrocita u peri-infarktnom području

poremeteli su se neuronalni markeri (CD31, sinaptopsin) koji su u uzajamnoj vezi sa

oporavkom nakon moždanog udara (Hayakawa i sur, 2010).

U ovome radu živčane matične stanice tretirane su također i HMGB1 proteinom kako bismo

zabilježili njegov učinak na njihovo preživljenje, budući da postoje radovi koji opisuju njega

pozitivna djelovanja ne samo na preživljenje već i na proliferaciju i diferencijaciju (Zhao i

sur, 2011; Hayakawa, 2013). Prilikom eksperimenata HMGB1 je dodavan zajedno sa FGF-

om budući da je ispitivan njihov kumulativan učinak (800 ng/ml HMGB1).

U slučaju NSC stanica dodatkom HMGB1 smanjena je uspješnost preživljenja (sl. 10), iako se

primarno očekivalo da bi HMGB1 mogao djelovati pozitivno. Pretpostavlja se da je to

moguće iz više razloga. Postoji mogućnost da bi viša ili niža koncentracija proteina možda

pokazala bolji učinak na NSC stanice. Također moguće je da nije dano dovoljno vremena

HMGB1 proteinu da djeluje na stanice te bi nakon duže inkubacije rezultati bili pozitivni za

preživljenje.

Page 48: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

42

Osim toga, stanice u ovome eksperimentu su nakon dodatka FGF-a i HMGB1 prošle kroz

magnetofekciju koja je mogla stresno djelovati na stanice.

Ipak, rezultati ovih eksperimenata nisu neobični budući da mnoga istraživanja izvještavaju o

negativnim utjecajima HMGB1 u organizmu. Opsežna istraživanja na molekularnim,

staničnim i animalnim modelima podržavaju postojanje proupalnog efekta HMGB1 u

akutnom moždanom udaru (Hayakawa, 2013). Iz tog razloga istraživan je i utjecaj anti-

HMGB1 monoklonalnog antitijela u svrhu određivanja HMGB1 utjecaja na moždani udar.

Tretiranjem infarktnog područja anti-HMGB1 došlo je do dramatičnog smanjenja infarktnog

područja što je povezano sa značajnim poboljšanjem neuroloških manjkavosti uzrokovanih

udarom. Ovime je pokazan negativan utjecaj HMGB1 u razvoju moždane ozljede unutar

ishemičnih uvjeta razaranjem mikrovaskularne strukture i interakcija među neuronima (Liu i

sur, 2007). Osim utjecaja na interakcije među neuronima postoji mogućnost HMGB1

negativnog utjecaja i na strukturu neurona što je moglo dovesti do pojačane smrtnosti u ovim

eksperimentima.

Budući da je HMGB1 pokazan kao najjači aktivator RAGE receptora (Degryse i sur, 2001)

istraživano je i njegovo djelovanje preko njih. Aktivacija RAGE receptora HMGB1

proteinom na neuronima stimulira produkciju reaktivnih kisikovih vrsta i vodi do smrti

živčanih staničnih linija (Yan i sur, 1996., Vincent i sur, 2006). S druge strane, uočeno je da

aktivacija RAGE receptora vodi do rasta neurita (Pichiule i sur, 2007). Drugo istraživanje je

upitno jer rad (Muhammad i sur, 2008) nije uočio sličan utjecaj već je potvrdio prvi. Dakle,

razna istraživanja daju oprečne rezultate u eksperimentima s HMGB1 proteinom. Dodatkom

HMGB1 proteina NSC stanicama u kulturi postoji mogućnost da su također potaknuti RAGE

receptori što je posljedično dovelo do veće smrtnosti stanica.

Qiu i sur (2008.) su detektirali ekspresiju RAGE mRNA u svojoj staničnoj liniji primarnih

neurona (bEnd3) što upućuje na činjenicu da bi stanice neurovaskularnog sustava mogle biti

regulirane HMGB1 regulacijom budući da je poznata bila činjenica da HMGB1 djeluje preko

RAGE receptora (Hori i sur, 1995).

Vrlo niske razine RAGE receptora su uočene u normalnom mozgu, ali snažna ekspresija je

imunohistokemijski zabilježena u kortikalnoj ishemičnoj periinfarktnoj regiji. Ovi rezultati

upućuju na to da je HMGB1 receptor pojačano eksprimiran nakon moždanog udara što je još

jedan od dokaza o njegovom doprinosu upali.

Page 49: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

43

Njihovo istraživanje se orijentiralo i na utjecaj HMGB1 otpuštenog iz živčanih stanica u

kulturi. Pod njegovim utjecajem došlo je do izlučivanja proupalnih citokina iz neurona,

astrocita i epitelnih stanica.

S obzirom na oprečne rezultate dobivene u brojim istraživanjima važno je naglasiti da

HMGB1 protein djeluje u dvije faze. Tijekom kasnijih faza moždanog udara, HMGB1 ne

samo da potiče veze između neurovaskularnih stanica poput neurona, astrocita i endotelnih

stanica nego i pridonosi pozitivno migraciji stanica u područje ozljede mozga (Hayakawa,

2013). Iz tog razloga se smatra da bi duža inkubacija NSC stanica u kulturi sa HMGB1

proteinom dovela do boljeg preživljenja.

Na temelju trenutnih saznanja o različitim fazama djelovanja ovog proteina potrebno je

modificirati HMGB1 odgovor na način da se optimizira inhibicija njegovog djelovanja

tijekom akutnih faza nakon ozljede bez utjecaja na blagotvorne mehanizme neurovaskularnog

remodeliranja posredovanog matičnim i progenitorskim stanicama (Hayakawa, 2013).

Osim na NSC stanicama, jednak ekspriment proveden je i sa HEK293T stanicama kako bi se

ispitao učinak proteina i na drugim staničnim linijama. U slučaju HEK293T stanica njegovo

djelovanje je bilo jednako kao i kod NSC stanica i dovelo je do manjeg preživljenja stanica u

kulturi (sl. 13). Iako su HEK293T stanice godinama smatrane epidermalnog porijekla (Shaw i

sur, 2002), sve je više istraživanja koja zbog izraženih neurofilamenatnih podjedinica ukazuju

da su ipak živčanog porijekla što može biti razlog sličnog djelovanja HMGB1 proteina.

Ulogu HMGB1 potrebno je dodatno istraživati budući da pokazuje važnu ulogu u stvaranju

upalnog odgovora nakon moždanog udara, a sve više istraživanja uočava i pozitivne uloge u

privlačenju matičnih stanica na mjesto ozljede u živčanom sustavu.

Page 50: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

44

5. Zaključak

Korištenjem različitih koncentracija DNA pri magnetofekciji NSC stanica došlo je do bolje

uspješnosti transfekcija korištenjem plazmidne DNA i magnetnih čestica (reagensa) u omjeru

2:1. Time je poboljšan protokol objavljen u literaturi koji je koristio omjere 1:1 (Sapet i sur,

2011). Utvrđeno je toksično djelovanje reagensa pri koncentracijama većim od 2,6 μl/1ml.

Dodatkom FGF-a u kulturu HEK293T stanica značajno se poboljšalo preživljenje stanica, a

korištenjem FGF-a u kulturi NSC stanica postignuto je njihovo preživljenje i proliferiranje uz

održavanje nediferenciranog stanja. Također, došlo je do boljeg preživljenja NSC stanica

transfeciranih plazmidom sa FGFR1 receptorom (FGFR1-EGFP).

HMGB1 protein pokazao je negativno djelovanje na preživljenje obje vrste staničnih linija što

potvrđuje brojna prijašnja istraživanja (Hayakawa, 2013; Liu i sur, 2007; Yan i sur, 2007,

Vincent i sur, 2006).

Page 51: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

45

6. Literatura

Degryse B, Bonaldi T, Scaffidi P, Muller SAndreis I, Batinić D, Čulo F, Grčević D,

Lukinović-Škudar V, Marušič M, Taradi M, Višnjić D (2010.): Imunologija. Medicinska

naklada, Zagreb

Bakowska JC, Breakefield XO, Moskowitz MA (2001.) FGF2 regulation of neurogenesis in

adult hippocampus after brain injury. Proc Natl Acad Sci 98: 5874–5879

Barlovic DP, Soro-Paavonen A, Jandeleit-Dahm KA (2011.): RAGE biology,

atherosclerosis and diabetes. Clin Sci (Lond) 121: 43-55

Biscetti F, Straface G, De Cristofaro R, Lancellotti S, Rizzo P, Arena V, Stigliano E, Pecorini

G, Egashira K, De Angelis G, Ghirlanda G, Flex A (2010.) High-mobility group box-1

protein promotes angiogenesis after peripheral ischemia in diabetic mice through a

VEGF-dependent mechanism. Diabetes 59:1496–1505

Bonaldi T, Talamo F, Scaffidi P, Ferrera D, Porto A, Bachi A, Rubartelli A, Agresti A,

Bianchi ME (2003.): Monocytic cells hyperacetylate chromatin protein HMGB1 to

redirect it towards secretion. EMBO J 22: 5551-5560

Böttcher RT , Niehrs C (2005.) Fibroblast Growth Factor Signaling during Early

Vertebrate Development. Endocrine Reviews 26 (1): 63-77

Caso JR, Pradillo JM, Hurtado O, Lorenzo P, Moro MA, Lizasoain I (2007.): Toll-like

receptor 4 is involved in brain damage and inflammation after experimental stroke.

Circulation 115: 1599-1608

Christen B, Slack JM (1999.): Spatial repsonse to fibroblast growth factor signalling in

Xenopus embryos. Development 126: 119-125

Clarimon J, Xiromerisiou G, Eerola J, Gourbali V, Hellstrom O, Dardiotis E, Peuralinna T,

Papadimitriou A, Hadjigeorgiou GM, Tienari PJ, Singleton AB (2005). Lack of evidence for

a genetic association between FGF20 and Parkinson’s disease in Finnish and Greek

patients. BMC Neurol 5, 11

Conti L, Pollard SM, Gorba T, Reitano E, Toselli M, Biella G, Sun Y, Sanzone S, Ying QL,

Cattaneo E, Smith A (2005) Niche-independent symmetrical self-renewal of a mammalian

tissue stem cell. PloS Biol 3, e283

Page 52: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

46

Resnati M, Sanvito F, Arrigoni G, Bianchi ME (2001.): The high mobility group (HMG)

boxes of the cytoskeleton reorganization in rat smooth muscle cells. J Cell Biol 152: 1197-

1206

Duman RS i Monteggia LM (2006.) A neurotrophic model for stress-related mood

disorders. Biol Psychiatry 59: 1116–1127

Dumitriu IE, Bianchi ME, Bacci M, Manfredi AA, Rovere-Querini P (2007.): The secretion

of HMGB1 is required for the migration of maturing dendritic cells. J Leukoc Biol 81:

84-91

Eriksson AE, Cousens LS, Weaver LH, Matthews BW (1991.): Three-dimensional

structures of acidic and basic fibroblast growth factors. Science 251: 90-93

Evans, S.J., Choudary, P.V., Neal, C.R., Li, J.Z., Vawter, M.P., Tomita, H., Lo-pez, J.F.,

Thompson, R.C.,Meng, F., Stead, J.D. i sur (2004.) Dysregulation of the fibroblast growth

factor system in major depression. Proc Natl Acad Sci 101: 15506–15511

Fagel DM, Ganat Y, Cheng E, Silbereis J, Ohkubo Y, Ment LR,Vaccarino FM (2009.)

FGFR1 is required for cortical regeneration and repair after perinatal hypoxia. J

Neurosci 29: 1202–1211

Fan G, Martinowich K, Chin MH, He F, Fouse SD, Hutnick L, Hattori D, Ge W, Shen Y, Wu

H (2005.): DNA methylation controls the timing of astrogligenesis through regulation of

jak-stat signaling. Development 132: 3345-3356

Galli R, Pagano SF, Gritti A, Vescovi AL (2000.): Regulation of neuronal differentiation in

human CNS stem cell progeny by leukemia inhibitory factor. Dev Neurosci 22: 86-95

Gong H, Zuliani P, Komuravelli A, Faeder JR, Clarke EM (2010.) Analysis and verification

of the HMGB1 signaling pathway. BMC Bioinformatics 7:S10

Goodwin GH, Sanders C, Johns EW (1973.): A new group of chromatin-associated

proteins with a high content of acidic and basic amino acids. Eur J Biochem 38: 14-19

Graham FL, Smiley J (1977.) Characteristics of a Human Cell Line Transformed by DNA

from Human Adenovirus Type 5. J.gen.Virol. 36: 59-74

Page 53: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

47

Green JB, New HV, Smith JC (1992.): Responses of embyonic Xenopus cells to activin and

FGF are separated by multiple dose thresholds and correspond to distinct axes of the

mesoderm. Cell 71: 731-739

Grobe K, Inatani M, Palleria SR, Castagnola J, Yamaguchi Y, Esho JD (2005.): Cerebral

hypoplasia and craniofacial defects in mice lacking heparan sulfate Ndst1 gene function.

Development 132: 3777-3786

Guillemot F (2007.): Cell fate specification in the mammalian telencephalon. Prog

Neurobiol 83: 37-52

Guillemot F, Zimmer C (2011.) From Cradle to Grace: The Multiple Roles of Fibroblast

Growth Factors in Neural Development. Neuron 71: 574-588

Hayakawa K, Nakano T, Irie K, Higuchi S, Fujioka M, Orito K, Iwasaki K, Jin G, Lo EH,

Mishima K, Fujiwara M (2010.) Inhibition of reactive astrocytes with fl uorocitrate

retards neurovascular remodeling and recovery after focal cerebral ischemia in mice. J

Cereb Blood Flow Metab 30:871–882

Hayakawa K, Pham LDD, Arai K, Lo HE (2013.) High Mobility Group Box 1: An

amplifier of Stem and Progenitor Cell Activity After Stroke Acta Neurochi Suppl 118:31-

38

Huttunen HJ, Fages C, Kuja-Panula J, Ridley AJ, Rauvala H (2002.) Receptor for advanced

glycation end products-binding COOH-terminal motif of amphoterin inhibits invasive

migration and metas-tasis. Cancer Res 62:4805–4811

Irschick R, Trost T, Karp G, Hausott B, Auer M, Claus P, Klimachewski L (2013.) Sorting of

the FGF receptor 1 in a human glioma cell line. Histochem Cell Biol 139: 135-148

Irvin DK, Dhaka A, Hicks C, Weinmaster G, Kornblum HI (2003.): Extrinsic and intrinsic

factor govering cell fate in cortical progenitor cultures. Dev Neurosci 25: 162-172

Itoh N, Ornitz DM (2008.): Functional evolutionary history of the mouse FGF gene

family. Dev. Dyn 237: 18-27

Page 54: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

48

Jin K, LaFevre-Bernt M, Sun Y, Chen S, Gafni J, Crippen D, Logvinova A, Ross CA,

Greenberg DA, Ellerby LM (2005.) FGF2 promotes neurogenesis and neuroprotection

and prolongs survival in a transgenic mouse model of Huntington’s disease. Proc Natl

Acad Sci 102: 18189–18194

Kim JB, Sig Choi J, Yu YM, Nam K, Piao CS, Kim SW, Lee MH, Han PL, Park JS, Lee JK

(2006.): HMGB1, a novel cytokine-like mediator linking acute neuronal death and

delayed neuroinflammation in the postischemic brain. J Neurosci 26: 6413-6421

Kornblum HI (2007.) Stem Cells and Stroke Recovery: Introduction to Neural Stem

Cells. Stroke 38: 810-816

Kunath T, Saba-El-Leil M.K, Almousailleakh M, Wray J, Meloche S, Smith A (2007.) FGF

stimulation of the Erk1/2 signalling cascade triggers transition of pluripotent embryonic

stem cells from self-renewal to lineage commitment. Development 134: 2895–2902

Laezza F, Gerber BR, Lou JY, Kozel MA, Hartman H, Craig AM, Ornitz DM, Nerbonne JM

(2007.) The FGF14(F145S) mutation disrupts the interaction of FGF14 with voltage-

gated Na+ channels and impairs neuronal excitability. J Neurosci 27: 12033–12044

Laflamme N, Echchannaoui H, Landmann R, Rivest S (2003.): Cooperation between tool-

like receptor 2 and 4 in the brain of mice challenged with cell wall components derived

from gram-negative and gram-positive bacteria. Eur J Immunol 33: 1127-1138

Lee ST, Chu K, Jung KH, Kim SJ, Kim DH, Kang KM, Hong NH, Kim JH, Ban JJ, Park HK,

Kim SU, Park CG, Lee SK, Kim M, Roh JK (2008.): Anti-inflammatory mechanism of

intravascular neural stem cell transplantation in haemorragic stroke. Brain 131: 616-629

Lindvall O, Kokaia Z (2010.): Stem cells in human neurodegenerative disorders – time for

clinical translation. J Clin Invest 120:29-40

Liu K, Mori S, Takahashi HK, Tomono Y, Wake H, Kanke T, Sato Y, Hiraga N, Adachi N,

Yashino T, Nishibori M (2007.) Anti-high mobility group box 1 monoclonal antibody

ameliorates brain infarction induced by transient ischemia in rats. The FASEB Journal

21: 3904-3916

Page 55: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

49

Liu YP, Seckin H, Izci Y, Du ZW, Yan YP, Baskaya MK (2009.): Neuroprotective effects of

esenchymal stem cells derived from human embryonic stem cells in transient focal

cerebral ischemia in rats. J Cereb Blood Flow Metab 29: 780-791

Lois C, Alvarex Nuylla A (1993.): Proliferating subventricular zone cells in the adult

mammalian forebrain can differentiate into neurons and glia. Proc Nate Acid Sci 90:

2074-2077

Lukaszewicz A, Savatier P, Cortay V, Kennedy H, Dehay C (2002) Contrasting effects of

basic fibroblast growth factor and neurothropin 3 on cell cycle kinetics of mouse cortical

stem cells. J Neurosci 22:6610-6622

Lukaszewicz A, Svatier P, Cortay V, Kennedy H, Dehay C (2002.): Contrasting effects of

basic fibroblast growth factor and neurotrophin 3 on cell cycle kinetics of mouse corical

stem cells. J Neurosci 22: 6610-6622

Luskin MB (1993.): Restricted proliferation and migration of postnatally generated

neurons derived from the forebrain subventricular zone. Neuron 11: 173-189

Martion G, Pluchino S (2006.): The therapeutic potential of neural stem cells. Nat

RevNeurosci 7: 395-406

McKeehan WL, Wang F, Kan M (1998.): The heparan sulfate-fibroblast growth factor

family: diversity of structure and function. Prog Nucleic Acid Res Mol Biol 59: 135-176

Meng E, Guo Z, Wang H, Jin J, Wang J, Wu C, Wang L (2008.) High mobility group box 1

protein inhibits the proliferation of human mesenchymal stem cells and promotes their

migration and differen-tiation along osteoblastic pathway. Stem Cells Dev 17:805–813

Mitrečić D, Nicaise C, Gajovic S, Pochet R (2010) Distribution, differentiation and

survival of intravenously administered neural stem cells in a rat model of amyotrophic

lateral sclerosis. Cell Transplantation 19(5):537-48.

Mitrečić D, Nicaise C, Klimaschewski L, Gajovic S, Bohl, D, Pochet R (2012) Genetically

modified stem cells for the treatment of neurological diseases. Front Biosci 1(4):1170-81.

Morrison SJ, Perez SE, Qiao Z, Verdi JM, Hicks C, Weinmaster G, Anderson DJ (2000.):

Transient Notch activation initiats an irreversible switch from neuorgenesis to

gliogenesis by neural crest stem cells. Cell 101: 499-510

Page 56: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

50

Moskowitz MA, Lo EH, Iadecola C (2010.): The science of stroke: mechanisms in search

of treatments. Neuron 67: 181-198

Murase S i McKay RD (2006.) A specific survival response in dopamine neurons at most

risk in Parkinson’s disease. J Neurosci 26: 9750–9760

Nakahara T, Tsuruta R, Kaneko T, Yamashita S, Fujita M, Kasaoka S, Hashiguchi T, Suzuki

M, Maruyama I, Maekawa T (2009.): High mobility group box 1 protein in CSF of

patients with subarachnoid hemorrhage. Neurocrit Care 11:362-368

Ohnuma S, Harris WA (2003.): Neurogenesis and the cell cycle. Neuron 40: 199-208

Ornitz DM, Itoh N (2001.): Fibroblast growth factors. Gen Biol 2(3) 3005.1-3005-12

Palmer TD, Ray J, Gage FG (1995) FGF-2 responsive neuronal progenitors reside in

proliferative and quiescent regions of the adult rodent rain. Mol Cell Neurosci 6:474-486

Palumbo R, Bianchi ME (2004.) High mobility group box protein, a cue for stem cell

recruitment. Biochem Pharm 68: 1165-1170

Palumbo R, Sampaolesi M, Marchis F, Toulorenzi R, Colombetti S, Mondino A, Cossu G,

Bianchi ME (2004.) Extracellular HMGB1, a signal to tissue damage, induces

mesoangioblast migration and proliferation. J Cell Biol 164: 441-449

Pasqualini JR, Sterner R, Mercat P, Alfrey VG (1989.): Estradiol enhanced acetylation of

nuclear high mobility group proteins of the uterus of newborn guinea pigs. Biochem

Biophys Res Commun 161: 1260-1266

Pawson T, Olivier P, Rozakis-Adcock M, McGlade J, Henkemeyer M (1993.): Proteins with

SH2 and SH3 domains couple receptor tyrosine kinases to intracellular signaling

pathways. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 340: 279-285

Perez JA, Clinton SM, Turner CA,Watson SJ, Akil H (2009.) A new role for FGF2 as an

endogenous inhibitor of anxiety. J Neurosci 29: 6379–6387

Pistoia V, Raffaghello L (2011.) Damage-associated molecular pat-terns (DAMPs) and

mesenchymal stem cells: a matter of attraction and excitement. Eur J Immunol 41:1828–

1831

Page 57: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

51

Powers CJ, McLeskey SW, Wellstein A (2000.): Fibroblast growth factors, their receptors

and signaling. Endocr Relat Cancer 7: 165-197

Rauvala H, Pihlaskari R (1987.): Isolation and some characteristics of an adhesive factor

of brain that enhances neurite outgrowth in central neurons. J Biol Chem 262: 16625–35

Rosser, AE, Tyers P, Dunnett SB (2000.) The morphological develop-ment of neurons

derived from EGF- and FGF-2-driven human CNS precursors depends on their site of

integration in the neonatal rat brain. Eur J Neurosci 12: 2405–2413

Rubenstein JL (2010.) Three hypotheses for developmental defects that may underlie

some forms of autism spectrum disorder. Curr Opin Neurol 23: 118–123

Scaffidi P, Misteli T, Bianchi M (2002.): Release of chromatin proteins HMGB1 by

necrotic cells triggers inflammation. Nature 418: 191-195

Schlessinger J (2000.): Cell signaling by receptor tyrosine kinases. Cell 103: 211-225

Schlueter C, Weber H, Meyer B, Rogalla P, Roser K, Hauke S, Bullerdiek J (2005.)

Angiogenetic signaling through hypoxia: HMGB1: an angiogenetic switch molecule. Am

J Pathol 166:1259–1263

Semino C, Angelini G, Poggi A, Rubartelli A (2005.): NK/iDC iteraction results in IL-18

secretion by DCs at the synaptic cleft followed by NK cell activation and release of the

DC maturation factor HMGB1. Blood 106: 609-616

Shaw G, Morse S, Ararat M, Hragam FL (2002.) Preferential Transformation of human

neuronal cells by human adenoviruses and the origin of HEK293T cells. (2002.) The

FASEB Journal 16:869-871

Sims GP, Rowe DC, Rietdijk ST, Herbst R, Coyle AJ (2009.) HMGB1 and RAGE in

Inflammation and Cancer. Annual Review of Immunology 28: 367-388

Sun Y, Nadal-Vicens M, Misono S, Lin MZ, Zubiaga A, Hua X, Fan G, Greenberg ME

(2001.): Neurogenin promotes neurogenesis and inhibits glial differentiation by

independent mechanisms. Cell 104: 365-376

Szenebyi G, Fallon JF (1999.): Fibroblast growth factors as multifunctional signaling

factors. Int Rev Cytol 185: 45-106

Page 58: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

52

Taupin P, Gage FH (2002.): Adult neurogenesis and neural stem cells of the central

nervous system in mammals. J Neurosci 69: 745-749

Thornalley PJ (1998.): Cell activation by glycated proteins AGE receptors, receptor

recognition factors and functional classification of AGEs. Cell Mol Biol 44: 1013-1023

Treutiger CJ, Mullins GE, Johansson AS, Rouhiainen A, Rauvala HM, Erlandsson-Harris H,

Andersson U, Yang H, Tracey KJ, Andersson J, Palmblad JE (2003.) High mobility group 1

B-box mediates activation of human endothelium. J Intern Med 254:375–385

van der Walt JM, Noureddine MA, Kittappa R, Hauser MA, Scott WK, McKay R, Zhang F,

Stajich JM, Fujiwara K, Scott BL i sur (2004.) Fibroblast growth factor 20 polymorphisms

and haplotypes strongly influence risk of Parkinson disease. Am J Hum Genet 74: 1121–

1127

Vescovi AL, Reynolds BA, Fraser DD, Weiss S (1993) bFGF regulates the proliferative

fate of unipotent (neuronal) and bipotent (neuronal/astroglial) EGF-generated CNS

progenitor cells. Neuron 11:951-966

Wang A, Yang H, Czura CJ, Sama AE, Tracey KJ (2001.) HMGB1 as a Late Mediator of

Lethal Systemic Inflammation. ATS Journals 164: 1768-1773

Wang G, van der Walt JM, Mayhew G, Li YJ, Zuchner S, Scott WK, Martin ER, Vance JM

(2008.) Variation in the miRNA-433 binding site of FGF20 confers risk for Parkinson

disease by overexpression of alpha-synuclein. Am J Hum Genet 82: 283–289

Williams BP, Park JK, Alberta JA, Muhlebach SG, Hwang GY, Roberts TM, Stules CD

(1997.): A PDGF-regulated immediate early gene response initiates neuronal

differentiation in ventricular zone progenitor cells. Neuron 18:553-562

Yamada S, Maruyama I (2007.): HMGB1, a novel inflammatory cytokine. Clin Chim Acta

375: 36-42

Yan SD, Schmidt AM, Anderson GM, Zhang J, Brett J, Zou YS, Pinsky D, Stern D (1994.):

Enhanced cellular oxidant stress by the interaction of advanced glycation end products

with their receptors/binding proteins. J Biol Chem 269: 9889-97

Yang H, Wang H, Czura CJ, Tracey KJ (2005.): The cytokine activity of HMGB1. J Leukoc

Biol 78: 1-8

Page 59: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

53

Yang Q, Wang JZ, Li JC, Zhou Y, Zhong Q, Lu FL, Xiang J (2010.) High-mobility group

protein box-1 and its relevance to cerebral ischemia. J Cereb Blood Flow Metab 30: 243-

254

Yoshimura S, Takagi Y, Harada J, Teramoto T, Thomas SS,Waeber C, Bakowska JC,

Breakefield XO, Moskowitz MA (2001.) FGF2 regulation of neurogenesis in adult

hippocampus after brain injury. Proc Natl Acad Sci 98: 5874–5879

Zhao X, Kuja-Panula J, Rouhiainen A, Chen YC, Panula P, Rauvala H (2011) High mobility

group box-1 (HMGB1; amphoterin) is required for zebra fish brain development. J Biol

Chem 286:23200–23213

Passalaqua M, Patrone M, Picotti GB, Del Rio M, Sparatone B, Melloni E, Pontremoli S

(1998) Stimulated astrocytes release high-mobility group 1 protein, an inducer of LAN-5

neuroblastoma cell differentitation. J Neurosci 82: 1021-1028

Yan SD, Chen X, Fu J, Chen M, Zhu H, Roher A, Slattery T, Zhao L, Nagashima M, Morser

J, Migheli A, Nawroth P, Stern D, Schmidt AM (1996) RAGE and amyloid-beta peptide

neurotoxicity in Alzheimer's disease. Nature 382: 685-691

Vincent AM, Perrone L, Sullivan KA, Backus C, Sastry AM, Lastoshic C, Feldman EL

(2006) RAGE activation injures primary sensory neurons via oxidative stress.

Endocrinology 148: 2548-2558

Pichiule P, Chavez JC, Schmidt AM, Vannuci SJ (2007) Hypoxia inducible factor-1

mediates neuronal expression of the receptor for advanced glycation endproducts

following hypoxia/ischemia. J Biol Chem 282: 36330-36340

Muhammad S, Barakat W, Stoyanov S, Murikinati S, Yang H, Tracey KJ, Bendszus M,

Rossetti G, Nawroth PP, Bierhaus A, Schwaninger M (2008) The HMGB1 receptor RAGE

mediates ischemic brain damage. J Neurosci 28(46): 12023-12031

Qiu J, Nishimura M, Wang Y, Sims JR, Qiu S, Savirz SI, Salomone S, Moskowitz MA (2008)

Early release of HMGB1 from neurons after the onset of brain ischemia. J Cereb Blood

Flow Metab 28: 927-938

Page 60: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

54

Hori O, Brett J, Slattery T, Cao R, Zhang J, Chen JX, Nagashima M, Lundh ER, Vijay S,

Nitecki P i sur. (1995) The receptor for advanced glycation end products (RAGE) is a

cellular binding site for amphoterin mediation of neurite outgrowth and co-expression

of rage and amphoterin in the developing neurons system. J Biol Chem 270: 25752-61

Zhou Y, Luo W, Zheng L, Li M, Zhang Y (2010) Construction of recombinant FGFR1

containing full-lenght gene and its potential application. Plasmid 64: 60-67

Pickard MR, Barrand P, Chari DM (2011) The transfection of multipotent neural

precursor/stem cell transplant populations with magnetic nanoparticles. Biomaterials 32:

2274-2284

Pickard M, Chari O (2010A) Enhancement of magnetic nanoparticle-mediated gene

transfer to astrocytes by magnetofection: effects of static and oscillating fields.

Nanomedicine 5: 217-232

Pickard MR, Jenhins SI, Koller CJ, Furness DN, Chari DM (2010B) Magnetic nanoparticle

labeling of astrocytes derived for neural transplatation. Tissue Eng Pat C Methods 17(1):

89-99

Sapet C, Laurent W, Chevigny A, Gourrierec LL, Bertosio E, Zelphati O, Beclin C (2011)

High transfection efficiency of neural stem cells with magnetofection. BioTechniques 50:

187-189

Lotz S, Goderie S, Tokas N, Hirsch SE, Ahmad F, Corneo B, Le S, Banerjee A, Kane RS,

Stern JH, Temple S, Fasano CA (2013) Susteined levels of FGF2 maintain undifferentiated

stem cell cultures with biweekly feeding. pLos ONE 8(2): e56289

Dehay C, Savatier P, Cortay V, Kennedy H (2001) Cell-cycle kinetics of neocortical

precursors are influenced by embryonic thalamic axons. J Neurosci 21: 201-214

Raballo R, Rlee J, Lyn-Cook R, Leckman JF, Schwartz ML, Vacarino FM (2000) Basic

fibroblast growth factor (FGF2) is necessary for cell proliferation and neurogenesis in

the developing cerebral cortex. J Neurosci 20: 5012-5023

Storm EE, Garel S, Borello U, Hebert JM, Martinez S, McConnel SK, Martin GR, Rubenstein

JL (2006) Dose-dependent functions of FGF8 in regulating telencephalic patterning

centers. Development 133: 1831-1844

Page 61: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

55

Ma DK, Pannusary K, Song MR, Ming GL, Song H (2009) Molecular genetic analysis of

FGFR1 signalling reveals distinct roles of MAPK and PLCγ1 activation for self-renewal

of adult neural stem cells. Mol Brain 2: 16

Page 62: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

56

ŽIVOTOPIS

ANA BOGUT

Osobni podaci:

Ime i prezime: Ana Bogut

Datum rođenja: 07.11.1990.

Adresa: Kolarova 17, Zagreb

Broj mobitela: 098 1639 358

E-mail: [email protected]

Obrazovanje:

2012.-2014. Prirodoslovno matematički fakultet, odsjek biologija, diplomski smjer

Eksperimentalna biologija, modul Fiziologija i imunobiologija (Zagreb)

2009.-2012..Prirodoslovno matematički fakultet, odsjek Biologija, smjer biologija –diploma

Prvostupnik biologije/Bachelor of biology (Zagreb)

2005.-2009. VII. gimnazija (Zagreb)

Page 63: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

57

Profesionalno iskustvo:

- sudjelovanje na Croatian Student Summit-u na Medicinskom fakultetu (CROSS, 2014.)

- izlaganje vlastitog postera na 2. Glowbrain workshopu: ''Analyses of the cumulative effect

of FGF and HMGB1 on neural stem cell survival, proliferation and differentiation potential’’

- sudjelovanje na 2. Glowbrain workshopu na Hrvatskom institutu za istraživanje mozga (27.-

29.3.2014.)

- izrada diplomskog rada u sklopu projekta Glowbrain na Hrvatskom institutu za istraživanje

mozga

- sudjelovanje na 11. Vienna Biocenter simpoziju u Beču; Time – how nature sets the clock

(7.-8.11.2013.)

- obavljanje prakse na Imunološkom zavodu (Zagreb, 2013.)

- sudjelovanje na terenu u sklopu Udruge studenata biologije (BIUS) na Cresu (2013.)

- demonstrator na vježbama iz kolegija ''Mikrobiologija ekosustava''

- sudjelovanje na terenu u sklopu Udruge studenata biologije (BIUS) na Hvaru (2011.)

Page 64: Učinak proteina FGF i HMGB1 na preživljenje i proliferaciju živčanih matičnih …digre.pmf.unizg.hr/3970/1/DIPLOMSKI RAD ANA BOGUT.pdf · 2015-05-13 · otkrila ključne regulatore

58

Radno iskustvo:

2012.-2014. MPG

2013.-2014. dm-drogerie markt

Osobne vještine i kompetencije:

- vozačka dozvola B kategorije

- napredno poznavanje engleskog jezika – diploma za C1.1 stupanj

- osnovno poznavanje njemačkog jezika

- vladanje Office paketom i drugim standardnim računalnim aplikacijama

Dodatne informacije:

- članica studentske udruge BIUS (Udruga studenata biologije)