Eksamen i ERN :00-12:00

Transkript

1 Eksamen i ERN :00-12:00 Begynn hver deloppgave på nytt ark. Angi tydelig hvilken hovedoppgave deloppgaven tilhører ved å skrive f.eks. oppgave 1A, oppgave 4C, osv. Oppgave 1 Hver oppgave teller like mye Eksamen består av 2 sider Ingen ekstra hjelpemidler utover penn og skrivesaker er tillatt A) Du er sulten og går forbi et bakeri med nybakte boller som lukter godt, og så er de billige: tre for to. Du kjøper en pakke med tre boller som du spiser. Beskriv med et par setninger koblingen mellom CNS og magesekken og det som skjer i magesekken når du ser, lukter, smaker og tygger på de nybakte bollene. 6 poeng 1

2 Sensorveiledning: (3 p) Syn, lukt og smak forbereder fordøyelsessystemet, særlig magesekken på at det kommer mat. (1 p) Dette fører til «fyring» av vagus nerven som igjen fører til økt sekresjon av gastrin fra magesekkens vegger. (2 p) Gastrin føres lokalt med blodet til parietalcellene og hovedcellene der det binder seg til Gastrinresptorer og sammen med vagus aktivering bidrar til frigjøring av henholdsvis HCl og pro-proteasen pepsinogen. B) Endokrine og nervøse impulser regulerer metthetsfølelsen du får av å spise bollene. Beskriv samspillet mellom nerver og hormoner i buken og CNS. Bruk gjerne en figur til å illustrere. 6 poeng Sensorveiledning: 2

3 Hormoner som frigjøres fra øvre GI tractus har 3 ulike effekter: (2 p) 1) inkretineffekten. Med inkretineffekten menes den forsterkende effekten de sekresjonsstimulerende stoffene har på pankreas sekresjon. De inkretinvirkende hormoner er GLP-1(glukoagon-likt peptid 1), GIP (glukose-avhengig insulinotropisk polypeptid) og OXM (oxyntomodulin). (1 p) 2) GLP-1 og OXM reduserer matinntaket. (3 p) 3) Hormonet ghrelin frisettes hovedsakelig fra ventrikkelen og har en appetitt(sult)- stimulerende virkning. Hormoner fra tarm som gir metthetsfølelse er CCK (cholecystokinin) som har en innvirkning på afferente vagale nerver. OXM og PYY (peptid YY) frisettes fra nedre tarmetraktus og PP (pankreatisk polypeptid) frisettes fra de Langerhanske øyer. I hypothalamus nærmere bestemt nukleus arcuatus - finnes både appetittstimulerende og appetittreduserende neuroner. Disse er gjenstand for ulike former for signal input, dels fra GI peptider, dels fra kommuniserende neuroner i nukleus tractus solitarius. Appetittstimulerende neuroner i nukleus arcuatus inneholder neuropeptid Y (NPY). Neuropeptid Y stimulerer Y1 og Y5 reseptorer på 2. ordens neuroner i hypothalamus. Agouti-relatert peptid (AgRp) som også finnes i appetittstimulerende neuroner i n. arcuatus, hemmer melanocortin 3 og melanocortin 4 reseptor i 2. ordens neuroner i hypothalamus. De appetitthemmende neuronene i nucleus arcuatus inneholder pro-opiomelanocortin peptider (POMC). De skiller på egnet stimulus ut alfamelanocyttstimulerende hormon (amsh). amsh virker på melanocortin 3 og 4 reseptorer på 2. ordens neuroner i hypothalamus og hemmer appetittfølelsen. Reseptoren for det mer ukjente «kokain- og amfetamin-regulert transkript»-peptidet (CART) er ukjent. Integrering av alle tarmpeptider og afferente vagale nerve-impulser skjer i hypothalamus og bakhjernen. Slutteffekten får følger for måltidsinntaket, som størrelse og frekvens, for den videre bearbeiding av måltidet i tarmtraktus, og for energiforbruket. Oppgave 2 A) Forklar hvordan proteoglykaner kan være involvert i retensjon av lipoproteiner i åreveggene og utvikling av aterosklerotiske plakk. 6 poeng (3 p) Proteoglykaner (PG) har negative sukkerkjeder glykosaminoglykaner. Disse kan binde til positive ladninger på apo-proteiner i lipoproteinene. Dette gjelder bl. a. apob i LDL. Denne prosessen forsterkes når det er forhøyede lipoprotein-nivåer i plasma. Økt retensjon gir økt grad av modifisering av lipoproteiner. Økt modifisering, bl.a. oksidering og glykering, gir økt opptak i makrofager, bl. a. via scavengerreseptor. Et slikt opptak involvere PG på celleoverflaten. Økt opptak av modifisert LDL fremmer dannelse av skumceller. (1 p) I den aterosklerotiske prosessen øker antall glatte muskelceller i intima. Disse cellene produserer mye bindevev, inkludert proteoglykaner av typen versikan. 3

4 (2 p) Økt mengde versikan vil også øke mulighetene for at LDL-partikler binder seg til åreveggen via bl. a. apob. Økt matriksdannelse fremmer fibrosedannelse i årevegg. B) Hva AGE er, hvordan det oppstår og hvordan AGE kan aktivere proinflammatoriske genprogram? 6 poeng Oppgave 3 (1 p) ADVANCED GLYCATION END-PRODUCTS (AGE). (2 p) Overskudd av superoksid inhiberer GAPDH. Dette fører til opphopning av glyseraldehyd-3p (GAP). Metylglyoxal oppstår ved defosforylering av GAP og DHAP. (1 p) Metylglyoxal reagerer med aminogruppen på lysin og arginin og tiolgruppen på cystein AGE. (2 p) AGEing av ekstracellulære proteiner som albumin gjør disse til ligander for AGE-reseptoren (RAGE) som signalerer til økt uttrykk av pro-inflammatoriske gener via NFkB-signalveien. A) Navngi lipasene som sammen bryter ned lipider i fettvev. Nevn substratene de bryter ned og produktet de genererer. 6 poeng Sensorveiledning: Studenten bør vite at fettvev først og fremst inneholder triglyserider, men det inneholder ogsåkolesterylester. (4 p) Nedbrytning av triglyserider katalyseres av disse enzymene: Adipose triglycerid lipase (ATGL) som bryter ned TAG til DAG+1 fri fettsyre (FFA). Hormon sensitive lipase (HSL) som bryter ned DAG til MAG + 1 FFA. Monoacyl glycerol lipase (MGL) som bryter ned MAG til glycerol + 1 FFA. (2 p) Nedbrytning av kolesterylestre: Hormon sensitive lipase (HSL) som bryter ned CE til kolesterol + 1 FFA 4

5 B) Det finnes mennesker med mutasjon(er) i perilipin/perilipin1 genet hvor det produserte proteinet ikke er funksjonelt (samsvarer med fenotypen til perilipin1 null mus). 6 poeng a. Hvilke celletyper vil affiseres av at perilipin1 ikke er funksjonelt? b. Hvilke forandringer skjer på lipiddråper i celler med defekt perilipin1? c. Hvilke kliniske symptomer utvikler personer med defekt perilipin1? Sensorveiledning: (2 p) Perilipin1 er meget viktig for funksjonen til fettceller og mennesker med mutasjoner i perilipin vil følgelig få forandringer i egenskapene fettvevet. De fleste andre vev vil enten være uforandret, eller forandres sekundært som en respons på defekten som oppstår i fettvevet. (2 p) Forandringene på overflaten av lipiddråpene vil være disse. 1) mindre effektiv beskyttelse av de nøytrale lipidene i lipiddråperkjernen (konstant lekkasje fra lipiddråpen), og 2) dårligere respons på hormonelle signaler som normalt stimulerer til lipolyse (mindre aktiv lipolyse og dårligere frigjøring ved behov). (2 p) Som et resultat av det over vil mennesker med mutasjon i perilipin 1 klinisk falle inn under begrepet «lipodystrofisk» (unormal degradering av fettmasse). Selv om fenotypen for lipodystrofi varierer noe, avhengig av genetisk årsak, kjennetegnes de ofte av dette: mindre fettmasse/mindre lager av lipider i fettvev/fettceller som med mindre størrelse, økt forbrenning av fettsyrer, økt lagring av lipider i andre vev og organer, økt sjanse for å utvikle insulinresistens. Oppgave 4 5

6 A) Proteinet Farnesoid X receptor (FXR) er medlem av kjernereseptorfamilien. FXR binder til spesifikke DNA sekvenser som heterodimer med retinoid X receptor (RXR). Gallesyrer (i.e. chenodeoxycholic acid, CDCA) er vist å være ligand for FXR og aktiverer proteinet. Du fremsetter en hypotese om at FXR regulerer genutrykket av BSEP (Bile Salt Export Pump). Hva kallas DNA sekvenser som FXR/RXR heterodimeren binder til? Forklarer kort prosedyren og reagensene/verktøyene som trengs for å utføre et kromatinimmunopresipiteringsforsøk for å bestemme om FXR proteinet binder til BSEP promoteren i leverceller in vitro etter stimulering med gallesyren CDCA. Bruk gjerne en figur for å illustrere. 6 poeng (1 p) The FXR/RXR heterodimer prefers to bind to an inverted repeat 1 (IR1), AGGTCAnTGACCT (they do not need to include the sequence). (5 p) Liver cells in culture will be treated with CDCA. After CDCA treatment, cells are exposed to formaldehyde to crosslink protein (FXR/RXR) with DNA. Cell extracts are made and the chromatin is sonicated (could also be enzymatically digested) to produce fragments of chromatin (~500 bp). The sonicated extracts are incubated with an antibody that recognizes FXR. The antibody FXR bound DNA complexes are collected using protein A or G beads, washed and the crosslinks reversed. The DNA is isolated and purified. Then use PCR primers to amplify the BSEP promoter region recognized by FXR. A higher amount of PCR product means a higher level of FXR bound to the BSEP promoter region. (5 p) B) Hva er en agonist og hva skjer når en agonist binder til en kjernereseptor? Gi tre eksempler på kjernereseptor:agonist-par. (1 p) En agonist er en forbindelse som bindes til ligandbindingsdomenet til en kjernereseptor og aktiverer den. De aller fleste naturlige ligander er agonister. (2 p) Her bør de beste studentene nevne at denne bindingen påvirker reseptorens/lbds 3D struktur slik at den kan rekruttere co-aktivatorer eller endring fra co-repressor til coaktivator. De aller beste nevner at conformational change in the receptor and a realingment or positioning of Helix 12 that allows the agonist-bound receptor to interact with co-activators through NR-box or LxxLL sequences present in co-activator proteins. Det finnes mange eksempler på reseptor:agonist-par her er noen. Det forventes selvfølgelig ikke at studentene kjenner strukturen til disse. (3 p) Estrogen receptor: estrogen, PPARa/RXR; fibrates, PPARgamma/RXR; rosiglitazone, FXR/RXR; bile acids/chenodeoxycholic acid/farnesol, LXR/RXR; oxysterols/t09. RAR/RXR; cis-retinoic acid/vitamin A. There could be many other acceptable answers. Oppgave 5 6

7 A) Beskriv db/db mus og hvilke gener som er modifisert. Hva er fordeler og ulemper med å bruke disse musemodellene til studier av metabolsk syndrom. (2 p) The db/db mice have lost/do not express the leptin receptor. The strain resulted from routine breeding at the Jackson laboratory (mentioning Jackson lab is not necessary), thus from a natural autosomal recessive mutation. (1 p) Db/db mice rapidly become obese when fed normal chow due to hyperphagia. However, leptin injection will not prevent them from over eating. Fordeler: 3 of the following points (1.5 p 0.5 each): rapid onset to obesity (4weeks) high fasting glucose (12 weeks) hyperglycaemia hyperinsulineamia impaired glucose tolerance shift in liprotein profile from regular C57Bl/6 to more human like (increase in LDL), not just HDL. Ulemper: 3 of the following points (1.5 p 0.5 each): monogenic not common for MetS in humans shift in lipoprotein is also a disadvantage because in does completely reflect what happens in humans. do not get hypertension rarely get kidney disfunction B) Genmodifiseringsteknikker, sånn som Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic repeats, CRISPR, er en kraftfull metode for å modifisere gener i planter og dyr. CRISPR-modifisert mat er allerede i salg i mange land rundt i verden. Den brukes for å styrke planter forsvar mot muggsopper, slik at man kan redusere bruken av plantevernmidler, og den brukes for å forbedre næringsinnholdet i dyrefôr og til å redusere fettprosenten i svinekjøtt. Forklar kort hvor CRISPR cas9-systemet stammer fra og hvordan teknikken kan brukes til å slå ut (knockout) og sette inn (insert) et gen i et genom. (1 p) CRISPR-Cas9 is a microbial or bacterial adaptive/innate immune system that uses RNA guided nucleases to cleave foreign DNA. The foreign DNA is incorporated into the bacteria genome and upon the subsequent presence of the foreign DNA it is recognized by the RNA guide sequence and degraded. (1 p) Transfection of CRISPR-Cas9 (or just Cas9) and grna or sgrna, that is complementary to the sequence of the gene to be modified, are all that is required. (2 p) An outstanding student might mention that the grna or sgrna consists of nucleotides and a 5-NGG-3 protospacer adaptor motif (PAM). CRISPR-Cas9 binds to the site of interest based on the grna and causes a double strand DNA break near the PAM site. (2 p) Due to error prone non homologous end joining (NHEJ abbreviation is fine) insertions or deletions in DNA sequence might occur. These can lead to frame shifts (altered protein sequence) leading to a premature stop codon. To insert a gene, donor 7

8 DNA containing the DNA to be inserted needs to be included in the transfection with CRISPR-Cas9 and grna. This process relies on Homologous recombination (HR or HDR). Hence, upstream and downstream homologues regions need to be included in the donor DNA. 8