Wybredne komórki mogą wskazać drogę do precyzyjniejszych leków
Naukowcy, których prace finansowane są ze środków unijnych, wykorzystali zaawansowane badania przesiewowe do zidentyfikowania ponad 4.000 genów, które biorą udział w endocytozie - procesie wykorzystywanym przez komórki do pobierania substancji ze środowiska zewnętrznego. Odkrycia, opublikowane w czasopiśmie Nature, mogą przyczynić się do opracowania nowych metod leczenia i testów diagnostycznych w związku z wieloma chorobami. Źródłem wsparcia unijnego był projekt ENDOTRACK (Śledzenie ścieżek endocytarnych polipeptydowych czynników wzrostu kompleksów receptorowych i ich roli modulatorowej w sygnalizacji), który uzyskał 11 mln EUR z tematu "Nauki o życiu, genomika i biotechnologia na rzecz zdrowia" Szóstego Programu Ramowego (6PR). Komórki nie mają otworów gębowych, ale muszą pobierać substancje z zewnątrz. Radzą sobie dzięki endocytozie, urywając malutkie pęcherzyki z błony komórkowej. Pęcherzyki zwane endosomami transportują następnie wchłonięte substancje do odpowiedniej części komórki. Endocytoza bierze udział w wielu życiowych procesach, między innymi w absorpcji substancji odżywczych, sygnalizacji międzykomórkowej, rozwoju i obronie immunologicznej (komórki odpornościowe "połykają" i rozkładają patogeny w endosomach). Zakłócenia procesu endocytozy powiązano z wieloma zaburzeniami, w tym z chorobami zakaźnymi i sercowo-naczyniowymi, nowotworami, chorobą Huntingtona, Alzheimera i cukrzycą. Niestety jak dotąd naukowcy w niewielkim stopniu poznali mechanizm endocytozy. Nie wiemy na przykład, w jaki sposób molekuły sygnalizujące docierają do właściwego miejsca przeznaczenia wewnątrz komórki i przekazują informacje. Sposób, w jaki endocytoza jest zintegrowana z ogólnym systemem komórkowym również pozostaje nieznany. W ramach ostatnich badań naukowcy z Niemiec i Rosji oparli się na szeregu zaawansowanych technologii, aby sprawdzić rolę każdego poszczególnego genu człowieka w endocytozie (jeżeli takową pełni). "Opracowaliśmy całkowicie nową strategię, która łączy wiele komponentów w jeden, wielki system analizy: genomiczny przegląd RNAi [interferencyjnego kwasu rybonukleinowego], zautomatyzowana mikroskopia wysokiej rozdzielczości, wieloparametryczna analiza obrazu oraz obliczenia komputerowe" - wyjaśnia dr Marino Zerial, Dyrektor Instytutu Molekularnej Biologii Komórki i Genetyki im. Maxa Plancka. Najpierw zablokowana została po kolei aktywność wszystkich 24.000 genów człowieka. Następnie zespół wykorzystał barwniki fluorescencyjne do oznaczenia dwóch białek, które badane komórki wchłaniały w procesie endocytozy. Dzięki barwnikowi fluorescencyjnemu powstające endosomy były widoczne za pomocą mikroskopów wysokiej rozdzielczości i oprogramowania do analizy obrazu. W wyniku doświadczeń powstał bank ponad 2,5 miliona obrazów, a każdy z nich musiał zostać przeanalizowany pod kątem zestawu 62 parametrów, obejmujących różne aspekty endocytozy. W tym celu zespół wykorzystał superkomputer eksploatowany przez Centrum Serwisów Informacyjnych i Wysokowydajnej Sieci Komputerowej (ZIH) oraz Politechnikę Drezdeńską w Niemczech. W ramach badań zidentyfikowano ponad 4.000 genów, które biorą pośredni lub bezpośredni udział w endocytozie. Pośród istotnych odkryć należy wymienić fakt, że zablokowanie niektórych genów powoduje, iż endosomy zatrzymują się na krawędzi komórki zamiast przechodzić do jej wnętrza. Ponadto rozmaite substancje takie jak substancje odżywcze i czynniki wzrostu wydają się być kierowane do swoich odpowiednich miejsc przeznaczenia przez różne zestawy genów. "Nasze odkrycia pokazują, że komórki nie wychodzą po prostu i nie wchłaniają jakichkolwiek substancji, traktując je w ten sam sposób" - zauważa dr Zerial. "Wprost przeciwnie, dysponują bardzo precyzyjną definicją tego, czego potrzebują i w jakiej ilości oraz w jakie miejsce w komórce powinno to dotrzeć." Co więcej o wielu genach wybranych w toku prowadzonych badań wiadomo, że odgrywają pewną rolę w niektórych stanach chorobowych człowieka. To potwierdza rolę endocytozy w tych schorzeniach oraz wskazuje nowe cele w zakresie opracowywania leków. Kolejnym krokiem dla zespołu jest test systemu przesiewowego na komórkach symulujących różne choroby i schorzenia człowieka. To pokaże potencjał systemu w zakresie odkrywania i opracowywania leków. Ivan Baines, Dyrektor ds. Usług i Obiektów Instytutu Molekularnej Biologii Komórki i Genetyki im. Maxa Plancka, wyjaśnia: "Jeżeli będziemy mogli oddzielić toksyczność leków jako odrębną aktywność od ich efektywności, zgodnie z podejściem profilowania ilościowego zasugerowanym w tych badaniach, wówczas będziemy w stanie odkryć lepsze leki z mniejszą ilością skutków ubocznych."
Kraje
Niemcy, Rosja