Nové zaujímavé zistenia vedcov UK o neurodegeneratívnych ochoreniach na bunkovej úrovni

14. 03. 2017

Závažné neurodegeneratívne ochorenia (Parkinsonova, Alzheimerova, Huntingtonova choroba) majú spoločnú charakteristiku, ktorou je hromadenie abnormálnych bielkovín v cytoplazme buniek. Za normálnych okolností sú nepotrebné bielkoviny v bunke zneškodnené v proteazóme, ktorý v bunke plní úlohu odpadkového koša. Ak však nefunguje správne, v bunkách sa začnú hromadiť bielkoviny, ktoré vytvárajú zhluky a negatívne ovplyvňujú procesy v bunke.

Vedci z Biomedicínskeho centra Jesseniovej lekárskej fakulty Univerzity Komenského (JLF UK) svojimi výskumamibudova BioMed Martin prispeli k ďalším zaujímavým zisteniam o neurodegeneratívnych ochoreniach na bunkovej úrovni. Doposiaľ bola väčšina výskumov orientovaná na sledovanie jednotlivých génov a bielkovín regulujúcich bunkovú smrť v mozgu, vedci z JLF UK sa však na tento problém pozreli zo širšieho pohľadu.

V mozgu sa stretávame s rozdielnou reakciou niektorých typov buniek voči poškodeniu mozgu následkom ischémie, čiže nedokrvenia. Niektoré oblasti sú voči ischémii vnímavé viac a dochádza v nich k spusteniu procesu bunkovej smrti známej pod pojmom oneskorená smrť neurónov. Jej mechanizmus dodnes nie je úplne objasnený a nie je tiež známe, akú úlohu v tom zohráva hromadenie nefunkčných bielkovín v cytoplazme buniek. Pritom bližšie poznatky o možnosti zvrátiť tento proces majú zásadný terapeutický potenciál v redukcii trvalých následkov po ischémii mozgu a mohli by nájsť uplatnenie aj v prípade terapie neurodegeneratívnych ochorení.

„Po ischémii dochádza v mozgu k mnohým zásadným zmenám, ktoré majú na bunky negatívny dopad. Hromadenie nefunkčných bielkovín je jednou z nich, a nie je jasné, do akej miery je tento proces zodpovedný za odumieranie selektívne zraniteľných oblastí v mozgu. Z dôvodu, aby sme pripodobnili podmienky po ischémii, keď sa hromadia nefunkčné bielkoviny, sme v našej práci v bunkách navodili proteazómový stres, teda situáciu, kedy je bunka zahltená množstvom nepotrebných bielkovín. Použili sme liečivo bortezomib, ktorý blokuje činnosť proteazómu. Účinky proteazómového stresu sme sledovali na dvoch odlišných ľudských bunkových líniách, pričom išlo o dva druhy, ktoré svojím pôvodom vychádzajú z nervových buniek – neurónov a neuroglií, čiže podporných nervových buniek. V experimentoch nás najprv zaujímalo prežívanie buniek po ovplyvnení bortezomibom. Zistili sme, že neurogliové bunky sú odolnejšie a k spusteniu bunkovej smrti dochádza neskôr ako v  bunkách neurónového typu,“ vysvetľuje Mgr. Ivana Pilchová, PhD., z Biomedicínskeho centra JLF UK v Martine.

ilustračná snímka BioMed MartinPreto následne zisťovali, aká je miera navodeného proteazómového stresu a či dochádza k aktivácii ochranných mechanizmov bunky, ktoré by mohli prispieť k zvýšenej odolnosti buniek. Skonštatovali, že proteazóm je zablokovaný v obidvoch líniách, avšak v neurogliových bunkách dochádza k väčšiemu hromadeniu nezdegradovaných bielkovín. Paradoxne išlo práve o líniu, ktorá mala lepšiu toleranciu voči proteazómovému stresu. V týchto bunkách bola tiež výrazne vyššia relatívna hladina ochranných bielkovín typu Hsp, ktoré  sa vo zvýšenej miere produkujú aj po teplotnom šoku, čo môže vysvetľovať ich lepšiu odolnosť. V ďalšej časti práce ich zaujímalo, aký je mechanizmus bunkovej smrti po zablokovaní proteazómu. Zamerali sa na zmeny pri prepisovaní 93 rôznych génov zapojených do apoptózy – programovanej bunkovej smrti. Zmeny v regulácii génovej expresie poukazovali v prospech apoptózy hlavne v prípade buniek neurónového typu. Hodnotili tiež zmeny v relatívnych hladinách bielkovín, ktoré iniciujú, ovplyvňujú alebo spúšťajú apoptózu.

Z výsledkov vyplýva, že línia neurónového typu je voči proteazómovému stresu citlivejšia a bunková smrť vedie cez mechanizmus mitochondriálnej dráhy apoptózy. Proteazómový stres spôsobuje aj v odolnejších bunkách neurogliálneho typu iniciáciu programovanej bunkovej smrti, avšak existuje predpoklad, že proces jej aktivácie je sprostredkovaný iným mechanizmom ako v bunkách neurónového typu. Výsledky tiež spochybňujú predpoklad, že nahromadené atypické bielkoviny sú priamo toxické pre bunku. Zdá sa, že sú sprievodným javom, ktorý prispieva k rozvratu bunkovej homeostázy na translačnej úrovni, čo následne vedie ku zmenám na transkripčnej a posttranskripčnej úrovni spojeným s iniciáciou bunkovej smrti. V priebehu posledných rokov sa objavovali publikácie, v ktorých sa autori snažili nájsť a popísať kľúčový regulačný gén alebo bielkovinu, pomocou ktorých by bolo možné zvrátiť spustenie procesu bunkovej smrti po proteazómovom strese a boli by možným terapeutickým cieľom. Práca našich vedcov však poskytuje ucelenejší pohľad na to, čo sa deje na úrovni regulácie expresie génov zapojených do apoptózy a poukazuje na skutočnosť, že na tento proces je nutné pozerať sa komplexne, pretože zmeny na transkripčnej úrovni sú masívne a zároveň sa môžu, ale nemusia preniesť na úroveň bielkovín.

 

Bližšie informácie:

Mgr. Ivana Pilchová, PhD., Jesseniova lekárska fakulta UK, Martinské centrum pre biomedicínu, BioMed  divízia Neurovedy, Ústav lekárskej biochémie

Informácie nám poskytlo Oddelenie vzťahov s verejnosťou, Univerzita Komenskeho v Bratislave
Ilustračné fotky sú zo slávnostného otvorenia BioMed Martin

Uverejnila: MI

Kľúčové slová:
biotechnológie v zdravotníctve

Odbory vedy a techniky:
Lekárske vedy

Tlač