Válka proti nemoci: Přehodnocení starých strašidel
Navzdory nepřerušovanému proudu objevů lékařské vědy stále existuje řada vysoce známých chorob výzkumníků lišky. Vědci dnes hledají nové stopy po dobře vyšlapaných cestách.
Když se vědci ponoří hlouběji do mechanismů, které leží pod obtížně léčitelnými stavy, jako je cukrovka a Alzheimerova choroba, vzdalují se na okraji vědy, sáhnou po uvolněných nitích a strčí prsty do slabě osvětlených koutů.
Ale protože odpovědi z nových úhlů ne vždy přijdou, stojí za to zdvojnásobit se jednou za čas, otevřít staré dveře a znovu navštívit známé tváře.
Nedávno byl například „objeven“ nový orgán, který se skrýval na očích. Interstitium - systém vaků naplněných tekutinou - je nyní považován za jeden z největších orgánů těla.
Dříve se intersticium považovalo za docela bezvýznamné; něco víc než anatomický lepicí papír podporující správné orgány při správné práci. Ale když se vynulovaly nejmodernější zobrazovací techniky, byla zřejmá jeho velikost a důležitost.
Vědci se nyní ptají, co nás může naučit o otokech, fibróze a obtížné šíření rakoviny.
Ve výzkumu každý ví, že žádný kámen by neměl zůstat na kameni. Interstitium nám však připomíná, že by měly být otočeny několikrát a v pravidelných intervalech.
V tomto článku pojednáváme o některých známých aspektech buněčné biologie, které se znovu objevují a poskytují neznámé způsoby, jak porozumět nemoci.
Mikrotubuly: Více než lešení
Cytoplazmou každé buňky prochází složitá síť proteinů nazývaná cytoskelet, což je pojem, který poprvé vytvořil Nikolaj Konstantinovič Koltsov v roce 1903. Jednou z hlavních složek cytoskeletu jsou dlouhé tubulární proteiny zvané mikrotubuly.
Mikrotubuly pomáhají udržovat buňku tuhou, ale hrají také klíčovou roli v dělení buněk a transportu sloučenin kolem cytoplazmy.
Dysfunkce mikrotubulů byla spojena s neurodegenerativními stavy, včetně velkých dvou: Parkinsonovy a Alzheimerovy choroby.
Neurofibrilární spletence, které jsou abnormálně zkroucenými vlákny proteinu zvaného tau, jsou jedním z charakteristických znaků Alzheimerovy choroby. Obvykle ve spojení s molekulami fosfátu pomáhá tau zajistit mikrotubuly. V Alzheimerových neuronech však proteiny tau nesou až čtyřikrát více fosfátů než obvykle.
Hyperfosforylace snižuje stabilitu a rychlost výroby mikrotubulů a může také způsobit rozložení mikrotubulů.
Jak přesně tato změna ve výrobě mikrotubulů vede k neurodegeneraci, není zcela objasněna, ale vědci se zajímají o to, zda by zásahy do těchto procesů mohly jednoho dne pomoci při léčbě nebo prevenci Alzheimerovy choroby.
Problémy s mikrotubuly nejsou vyhrazeny pouze pro neurologické stavy. Od 90. let 20. století vědci diskutují o tom, zda mohou být kořenem buněčných změn vedoucích k infarktu.
Nejnovější studie zaměřená na tuto otázku dospěla k závěru, že chemické změny v síti mikrotubulů srdečních buněk způsobily, že byly tužší a méně schopné se stahovat, jak by měly.
Autoři se domnívají, že navrhování léků zaměřených na mikrotubuly by nakonec mohlo být životaschopným způsobem „zlepšení funkce srdce“.
Za elektrárnou
Pokud jste se na hodině biologie naučili jen jednu věc, bylo pravděpodobné, že „mitochondrie jsou elektrárny buňky“. Poprvé zahlédli v 19. století a dnešní vědci se ptají, zda by mitochondrie mohly být v součinnosti s řadou nemocí.
Role mitochondrií při Parkinsonově chorobě byla věnována největší pozornost.
Ve skutečnosti byla v průběhu let do vývoje Parkinsonovy choroby zapletena celá řada mitochondriálních poruch.
Mohou například vzniknout problémy ve složitých chemických drahách, které generují energii v mitochondriích, a mohou se vyskytovat mutace v mitochondriální DNA.
Mitochondrie mohou být také poškozeny nahromaděním reaktivních forem kyslíku, které jsou produkovány jako vedlejší produkt výroby energie.
Jak ale tato selhání způsobují odlišné příznaky Parkinsonovy choroby? Mitochondrie jsou koneckonců prakticky v každé buňce lidského těla.
Zdá se, že odpověď spočívá v typu buněk postižených Parkinsonovou chorobou: dopaminergní neurony. Tyto buňky jsou jedinečně citlivé na mitochondriální dysfunkci. Částečně se to zdá být proto, že jsou obzvláště citlivé na oxidační útok.
Dopaminergní neurony jsou také silně závislé na vápníku, prvku, o kterém si mitochondrie udržují přehled. Bez mitochondriální kontroly vápníku trpí dopaminergní nervové buňky neúměrně.
Byla také diskutována mitochondriální role v rakovině. Maligní buňky se dělí a replikují způsobem mimo kontrolu; to je energeticky nákladné, což činí mitochondrie hlavními podezřelými.
Kromě schopnosti mitochondrií generovat energii pro rakovinné buňky také pomáhají buňkám přizpůsobit se novému nebo stresujícímu prostředí. A protože rakovinné buňky mají zvláštní schopnost pohybovat se z jedné části těla do druhé, zřídit obchod a neustále se množit bez pauzy na dech, jsou zde mitochondrie také podezřelí.
Kromě Parkinsonovy choroby a rakoviny existují důkazy, že mitochondrie mohou také přispět k rozvoji nealkoholického tukového onemocnění jater a některých plicních stavů. Stále se máme co učit o tom, jak tyto pracovité organely ovlivňují nemoci.
Další úroveň mikrobiomu
Bakteriofágy jsou viry, které napadají bakterie. A se zvýšeným zájmem o střevní bakterie není překvapením, že bakteriofágy začaly zvedat obočí. Pokud mohou bakterie ovlivnit zdraví, jistě to může také zabít něco, co je zabije.
Bakterií přítomných ve všech ekosystémech na Zemi je skvěle mnoho. Bakteriofágy je však převyšují; jeden autor je označuje jako „prakticky všudypřítomný“.
Vliv mikrobiomu na zdraví a nemoci je spletitá síť interakcí, které se teprve začínáme rozplývat.
A když je do směsi přidán virom - naše rezidentní viry, stává se exponenciálně labyrintem.
Vzhledem k tomu, jak důležité jsou bakterie při nemoci a zdraví, je třeba jen malý skok představivosti, abychom zvážili, jak mohou být bakteriofágy - které jsou specifické pro různé kmeny bakterií - jednoho dne lékařsky užitečné.
Ve skutečnosti byly bakteriofágy používány k léčbě infekcí ve 20. a 30. letech. Vypadli z laskavosti především proto, že se na scéně objevily antibiotika, které se snáze a levněji skladovaly a vyráběly.
Ale s nebezpečím rezistence vůči antibiotikům, které vychovává hlavu, může být na kartách krok zpět k terapii bakteriofágy.
Výhodou bakteriofágů je, že jsou specifické pro jednu bakterii, na rozdíl od širokého spektra antibiotik u mnoha druhů.
Přestože je obnovení zájmu o bakteriofágy nové, někteří již vidí potenciální roli v boji proti „kardiovaskulárním a autoimunitním onemocněním, odmítnutí štěpu a rakovině“.
Naplňte lipidové rafty
Každá buňka je potažena lipidovou membránou, která umožňuje určité chemikálie dovnitř a ven a zároveň blokuje cesty ostatním. Lipidové membrány zdaleka nejsou pouhým vakem plným kousků, jsou složité, proteinem poseté entity.
V komplexu membrán jsou lipidové rafty diskrétní ostrovy, kde se shromažďují kanály a další buněčné vybavení. O přesném účelu těchto struktur se horlivě diskutuje, ale vědci se pilně vyrovnávají s tím, co by mohly znamenat pro řadu podmínek, včetně deprese.
Nedávná vyšetřování dospěla k závěru, že porozumění těmto regionům by nám mohlo pomoci vyrovnat se s fungováním antidepresiv.
G proteiny - které jsou buněčné spínače přenášející signál - se deaktivují, když se dostanou do lipidových vorů. Když jejich aktivita poklesne, sníží se zápal neuronů a komunikace, což by teoreticky mohlo způsobit některé příznaky deprese.
Na druhé straně mince se ukázalo, že antidepresiva posunují G proteiny zpět z lipidových raftů, čímž snižují depresivní příznaky.
Další studie zkoumaly potenciální roli lipidových rafů v rezistenci na léky a metastázách u rakoviny pankreatu a vaječníků, stejně jako kognitivní zpomalení na cestě k Alzheimerově chorobě.
Ačkoli dvouvrstvá struktura lipidové membrány byla poprvé odkryta v polovině minulého století, lipidové rafty jsou relativně novým přírůstkem do buněčné rodiny. Mnoho otázek týkajících se jejich struktury a funkce dosud není zodpovězeno.
Dobré věci přicházejí v malých baleních
Stručně řečeno, extracelulární vezikuly jsou malé balíčky, které přepravují chemikálie mezi buňkami. Pomáhají komunikovat a hrát roli v procesech, jako jsou koagulace, buněčné stárnutí a imunitní odpověď.
Vzhledem k tomu, že přenášejí zprávy sem a tam jako součást tak širokého spektra cest, není divu, že mají potenciál stát se vzhůru a zaplést se do nemoci.
Také proto, že mohou nést složité molekuly včetně proteinů a DNA, existuje velká šance, že mohou dopravovat materiály specifické pro dané onemocnění - například proteiny podílející se na neurodegenerativních onemocněních.
Nádory také produkují extracelulární vezikuly, a přestože jejich role ještě není plně pochopena, je pravděpodobné, že pomáhají rakovině zakládat obchod ve vzdálených lokalitách.
Pokud se dokážeme naučit číst tyto mezibuněčné kouřové signály, mohli bychom získat vhled do nesčetných chorobných procesů. Teoreticky vše, co musíme udělat, je klepnout na ně a rozbít kód - což samozřejmě bude monumentální výzva.
Pod záhybem
Pokud jste si vzali biologii, můžete mít matnou vzpomínku na příjemně vyslovitelné endoplazmatické retikulum (ER). Možná si také vzpomenete, že se jedná o vzájemně propojenou síť zploštělých váčků uvnitř cytoplazmy, zasazených blízko jádra.
ER - poprvé zahlédl pod mikroskopem koncem 19. století - složí proteiny a připraví je na život v drsném prostředí mimo buňku.
Je životně důležité, aby byly proteiny správně složeny; pokud nejsou, ER je nepřeveze na místo jejich konečného určení. V dobách stresu, kdy ER pracuje přesčas, se mohou hromadit špatně složené nebo rozložené proteiny. To spouští takzvanou rozvinutou proteinovou odpověď (UPR).
UPR se pokouší přivést normální fungování buněk zpět online tím, že odstraní nevyřízené množství rozloženého proteinu. Za tímto účelem brání další produkci bílkovin, rozkládá špatně složený protein a aktivuje molekulární aparát, který může pomoci při nějakém skládání.
Pokud se ER nepodaří dostat zpět do původního stavu a UPR nedokáže uvést buněčnou proteinovou situaci zpět do souladu, je buňka označena za smrt apoptózou, což je typ buněčné sebevraždy.
ER stres a následný UPR se podílejí na řadě nemocí, z nichž jedním je cukrovka.
Inzulin je produkován beta buňkami pankreatu, a protože produkce tohoto hormonu se v průběhu dne mění, tlak na ER stoupá a klesá - což znamená, že se tyto buňky spoléhají na účinnou UPR signalizaci.
Studie prokázaly, že vysoký krevní cukr zvyšuje tlak na syntézu bílkovin. Pokud se UPR nedaří dostat věci zpět na správnou cestu, beta buňky jsou nefunkční a umírají. Jak se počet beta buněk zmenšuje, již nelze v případě potřeby vytvářet inzulín a vyvine se cukrovka.
Jedná se o fascinující dobu, kdy se můžeme zapojit do biomedicínské vědy, a jak dokazuje tento krátký pohled, musíme se ještě hodně učit a pokrýt starou půdu může být stejně užitečné jako vytyčení nových obzorů.
