Rat protiv bolesti: Ponovno posjećivanje starih ukleta
Unatoč neprekinutom toku otkrića medicinske znanosti, niz značajnih bolesti još uvijek istražuje lisice. Danas znanstvenici traže nove tragove utabanim stazama.
Dok se znanstvenici dublje upuštaju u mehanizme koji leže ispod teško liječivih stanja poput dijabetesa i Alzheimerove bolesti, oni odmiču rubove znanosti, posežući za labavim nitima i gurajući prste u slabo osvijetljene kutke.
No budući da odgovori iz svježih kutova nisu uvijek dostupni, vrijedi se svako malo udvostručiti, otvoriti stara vrata i ponovno posjetiti poznata lica.
Na primjer, nedavno je "otkriven" novi organ koji se skriva na vidiku. Intersticij - sustav vrećica ispunjenih tekućinom - danas se smatra jednim od najvećih tjelesnih organa.
Prije se smatralo da je intersticij prilično nebitan; malo više od anatomskog papira za ljepilo koji podupire odgovarajuće organe koji rade pravilno. No kada su se nužne tehnike slikanja postavile na nulu, postale su jasne njegova veličina i važnost.
Sada se znanstvenici pitaju čemu nas on može naučiti o edemu, fibrozi i problematičnoj sposobnosti širenja raka.
U istraživanju svi znaju da nijedan kamen ne smije ostati na kamenu. Međutim, intersticij nas podsjeća da ih treba okretati više puta i u pravilnim razmacima.
U ovom članku pokrivamo neke poznate aspekte stanične biologije koji se iznova pregledavaju i pružaju nepoznate načine za razumijevanje bolesti.
Mikrotubule: Više od skele
Kroz citoplazmu svake stanice prostire se složena mreža proteina koja se naziva citoskelet, pojam koji je prvi stvorio Nikolaj Konstantinovič Koltsov 1903. Jedan od primarnih sastojaka citoskeleta su dugi, cjevasti proteini zvani mikrotubule.
Mikrotubule pomažu da stanica ostane krutom, ali također igraju ključnu ulogu u diobi stanica i transportu spojeva oko citoplazme.
Disfunkcija mikrotubula povezana je s neurodegenerativnim stanjima, uključujući velika dva: Parkinsonovu i Alzheimerovu bolest.
Neurofibrilarni klupci, koji su nenormalno uvijene niti proteina koji se naziva tau, jedno su od obilježja Alzheimerove bolesti. Obično, zajedno s molekulama fosfata, tau pomaže osigurati mikrotubule. U Alzheimerovim neuronima, međutim, tau proteini nose do četiri puta više fosfata od normalnih.
Hiperfosforilacija smanjuje stabilnost i brzinu proizvodnje mikrotubula, a može uzrokovati i rastavljanje mikrotubula.
Točno kako ta promjena u proizvodnji mikrotubula dovodi do neurodegeneracije nije potpuno razumljivo, ali istraživače zanima hoće li intervencija u tim procesima jednog dana pomoći u liječenju ili prevenciji Alzheimerove bolesti.
Problemi s mikrotubulama nisu rezervirani samo za neurološka stanja. Od 1990-ih znanstvenici raspravljaju o tome jesu li možda korijen staničnih promjena koje dovode do srčanog udara.
Najnovije istraživanje koje je proučavalo ovo pitanje zaključilo je da su kemijske promjene na mreži mikrotubula srčanih stanica učinile da su kruće i manje sposobne za kontrakciju kako bi trebale.
Autori vjeruju da bi dizajniranje lijekova koji ciljaju mikrotubule na kraju mogao biti izvediv način „poboljšanja srčane funkcije“.
Iza pogona
Ako ste naučili samo jedno na satu biologije, bilo je vjerojatno da su "mitohondriji moćnici stanice." Današnji se znanstvenici prvi put ugledali u 1800-ima, pitaju se jesu li mitohondrije u opasnosti od niza bolesti.
Uloga mitohondrija u Parkinsonovoj bolesti dobila je najviše pažnje.
Zapravo, tijekom godina, razni neuspjesi mitohondrija uključeni su u razvoj Parkinsonove bolesti.
Na primjer, mogu se pojaviti problemi u složenim kemijskim putovima koji generiraju energiju u mitohondrijima, a mogu se pojaviti i mutacije u mitohondrijskoj DNA.
Također, mitohondriji mogu biti oštećeni nakupinom reaktivnih vrsta kisika koje se proizvode kao nusprodukt proizvodnje energije.
Ali kako ti nedostaci proizvode različite simptome Parkinsonove bolesti? Mitohondrije su, uostalom, gotovo u svim stanicama ljudskog tijela.
Čini se da odgovor leži u vrsti stanica pogođenih Parkinsonovom bolesti: dopaminergičnim neuronima. Te su stanice jedinstveno osjetljive na mitohondrijsku disfunkciju. Djelomice se čini da je to zato što su posebno osjetljivi na oksidacijski napad.
Dopaminergični neuroni također jako ovise o kalciju, elementu koji mitohondriji prate. Bez kontrole kalcija u mitohondrijama, dopaminergične živčane stanice pate neproporcionalno.
Također se raspravljalo o ulozi mitohondrija u raku. Maligne stanice dijele se i repliciraju na način koji nije pod nadzorom; ovo je energetski skupo, što mitohondrije čini glavnim osumnjičenicima.
Osim mogućnosti mitohondrija da generiraju snagu za stanice raka, oni također pomažu stanicama da se prilagode novom ili stresnom okruženju. A, budući da stanice raka imaju neobičnu sposobnost premještanja s jednog dijela tijela na drugi, uspostavljanja trgovine i nastavka razmnožavanja bez zastajanja daha, i ovdje se sumnja da su mitohondriji zlikovci.
Uz Parkinsonovu bolest i rak, postoje dokazi da bi mitohondrije također mogle sudjelovati u razvoju bezalkoholne masne bolesti jetre i nekih plućnih stanja. Moramo još puno naučiti o tome kako ove marljive organele utječu na bolest.
Sljedeća razina mikrobioma
Bakteriofagi su virusi koji napadaju bakterije. I, s povećanim zanimanjem za crijevne bakterije, ne čudi da su bakteriofagi počeli podizati obrve. Ako bakterije mogu utjecati na zdravlje, sigurno može i nešto što ih ubija.
Bakterije, prisutne u svim ekosustavima na zemlji, izuzetno su brojne. Bakteriofagi ih ipak nadmašuju; jedan ih autor naziva "gotovo sveprisutnim".
Utjecaj mikrobioma na zdravlje i bolesti zamršena je mreža interakcija koju tek počinjemo razotkrivati.
A kad se smjesi doda virome - naši rezidentni virusi, on postaje eksponencijalno labirint.
Znajući koliko su bakterije važne u bolesti i zdravlju, potreban je samo mali skok mašte da se razmotri kako bakteriofagi - koji su specifični za različite sojeve bakterija - mogu jednog dana biti medicinski korisni.
Zapravo su se bakteriofagi koristili za liječenje infekcija u 1920-ima i ’30 -ima. Pali su u nemilost prvenstveno jer su se na sceni pojavili antibiotici, koje je bilo lakše i jeftinije čuvati i proizvoditi.
No, s opasnošću od rezistencije na antibiotike, možda će se na kartama naći povratak prema terapiji bakteriofazima.
Bakteriofagi također imaju prednost što su specifični za jednu bakteriju, za razliku od širokog opsega antibiotika u mnogim vrstama.
Iako je ponovno oživljavanje interesa za bakteriofage novo, neki već vide potencijalnu ulogu u borbi protiv "kardiovaskularnih i autoimunih bolesti, odbacivanja transplantata i raka".
Postavite na lijeve splavove
Svaka je stanica presvučena lipidnom membranom koja omogućuje ulazak i izlazak određenih kemikalija, a drugima blokira put. Daleko od toga da je riječ o jednostavnoj vreći punoj komadića, lipidne membrane su složeni entiteti prožeti proteinima.
Unutar membranskog kompleksa, lipidni splavovi su odvojeni otoci na kojima se okupljaju kanali i druga stanična oprema. O točnoj namjeni ovih struktura vruće se raspravlja, ali znanstvenici se užurbano hvataju u koštac sa onim što bi oni mogli značiti za niz stanja, uključujući depresiju.
Nedavna istraživanja zaključila su da bi nam razumijevanje ovih regija moglo pomoći da se upoznamo s djelovanjem antidepresiva.
G proteini - koji su stanični prekidači koji prenose signal - postaju deaktivirani kad nalijeću u lipidne splavi. Kad njihova aktivnost padne, otpuštanje neurona i komunikacija se smanjuju, što bi teoretski moglo uzrokovati neke simptome depresije.
S druge strane medalje, pokazalo se da antidepresivi preusmjeravaju G proteine natrag iz lipidnih splavi, smanjujući tako simptome depresije.
Druge studije istraživale su potencijalnu ulogu splavi s lipidima u rezistenciji na lijekove i metastazama u raku gušterače i jajnika, kao i kognitivno usporavanje na putu prema Alzheimerovoj bolesti.
Iako je dvoslojna struktura lipidne membrane prvi put otkrivena sredinom prošlog stoljeća, lipidni splavovi relativno su novi dodatak staničnoj obitelji. Na mnoga pitanja o njihovoj strukturi i funkciji još uvijek nema odgovora.
Dobre stvari dolaze u malim pakiranjima
Ukratko, izvanstanični mjehurići su maleni paketi koji prevoze kemikalije između stanica. Pomažu u komunikaciji i igraju ulogu u različitim procesima poput koagulacije, staničnog starenja i imunološkog odgovora.
Budući da poruke prenose amo-tamo kao dio tako širokog spektra putova, nije ni čudo da imaju potencijal da se pokvare i uplete u bolesti.
Također, budući da mogu nositi složene molekule, uključujući proteine i DNA, sva je prilika da bi mogli prebaciti materijale specifične za bolest - poput proteina koji su uključeni u neurodegenerativne bolesti.
Tumori također proizvode izvanstanične mjehuriće, i, iako njihova uloga još nije u potpunosti shvaćena, vjerojatno je da pomažu raku u postavljanju trgovina na udaljenim mjestima.
Ako uspijemo naučiti čitati ove međustanične dimne signale, mogli bismo steći uvid u bezbroj procesa bolesti. U teoriji, sve što trebamo učiniti je dodirnuti ih i razbiti kod - što će, naravno, biti monumentalni izazov.
Ispod nabora
Ako ste se bavili biologijom, možda se slabo sjećate ugodnog za izgovaranje endoplazmatskog retikuluma (ER). Također se možete sjetiti da je to međusobno povezana mreža spljoštenih vrećica unutar citoplazme, smještena blizu jezgre.
ER - prvi put ugledan pod mikroskopom krajem 1800-ih - savija proteine i priprema ih za život u surovom okruženju izvan stanice.
Od vitalne je važnosti da se proteini pravilno savijaju; ako nisu, ER ih neće prevesti do konačnog odredišta. U vremenima stresa, kada ER radi prekovremeno, mogu se nakupiti pogrešno složeni ili nerazvijeni proteini. To pokreće takozvani nerazvijeni protein odgovor (UPR).
UPR pokušava vratiti normalno stanično funkcioniranje na mrežu uklanjanjem zaostalih proteina. Da bi to učinio, sprječava daljnju proizvodnju proteina, razgrađuje loše presavijeni protein i aktivira molekularne strojeve koji mogu pomoći da se pukne pri nekom presavijanju.
Ako se ER ne uspije vratiti na pravi put, a UPR ne uspije vratiti staničnu situaciju s proteinima u stanicu, stanica je označena smrću apoptozom, vrstom staničnog samoubojstva.
ER stres i posljedični UPR povezani su s nizom bolesti, od kojih je jedna dijabetes.
Inzulin proizvode beta stanice gušterače, a budući da proizvodnja ovog hormona varira tijekom dana, pritisak na ER raste i pada - što znači da se ove stanice oslanjaju na učinkovito UPR signaliziranje.
Studije su pokazale da povišeni šećer u krvi povećava pritisak na sintezu proteina. Ako UPR ne uspije vratiti stvari na pravi put, beta stanice postaju nefunkcionalne i umiru. Kako se broj beta stanica smanjuje, inzulin se više ne može stvarati po potrebi, a dijabetes će se razviti.
Ovo je fascinantno vrijeme za bavljenje biomedicinskom znanošću, a kako ovaj kratki uvid pokazuje, još moramo puno naučiti, a pokrivanje starog tla može biti jednako korisno kao i stvaranje novih horizonata.
