Sõda haiguste vastu: vanade kummituste uuesti külastamine
Hoolimata arstiteaduse katkematust avastuste hulgast, on rebaste uurijad endiselt mitmed kõrge profiiliga haigused. Tänapäeval otsivad teadlased sissetallatud radadel värskeid vihjeid.
Kui teadlased süvenevad raskesti ravitavate seisundite, nagu diabeet ja Alzheimeri tõbi, peituvatesse mehhanismidesse, valivad nad teaduse servad, sirutades lõdvad niidid ja torkides sõrmi hämarates kohtades.
Kuid kuna värske nurga alt vastuseid alati ei tule, tasub iga natukese aja tagant kahekordistada, vanad uksed avada ja tuttavad näod uuesti vaadata.
Näiteks hiljuti „avastati” uus orel, mis varjas end nähtavas kohas. Interstitsiumi - vedelikuga täidetud kottide süsteemi - peetakse nüüd üheks keha suurimaks organiks.
Varem arvati, et interstitsium on üsna ebaoluline; vähe rohkem kui anatoomiline liimipaber, mis toetab õigeid organeid, kes teevad korralikku tööd. Kuid kui tipptasemel pilditehnika nullis, selgus selle suurus ja tähtsus.
Nüüd küsivad teadlased, mida see võib meile õpetada ödeemi, fibroosi ja vähi tülika levimisvõime kohta.
Uurimistööde käigus teavad kõik, et ühtegi kivi ei tohi ümber pöörata. Vahepala tuletab meile siiski meelde, et neid tuleks mitu korda ja korrapäraste ajavahemike järel pöörata.
Selles artiklis käsitleme mõningaid rakubioloogia tuttavaid aspekte, mida vaadatakse uuesti läbi ja pakutakse tundmatuid viise haiguste mõistmiseks.
Mikrotuubulid: rohkem kui tellingud
Iga raku tsütoplasmas läbimine on keeruline valkude võrgustik, mida nimetatakse tsütoskeletiks - selle termini lõi Nikolai Konstantinovitš Koltsov aastal 1903. Tsütoskeleti üks peamisi koostisosi on pikad torukujulised valgud, mida nimetatakse mikrotuubuliteks.
Mikrotuubulid aitavad hoida rakku jäigana, kuid neil on ka keskne roll rakkude jagunemisel ja ühendite transportimisel tsütoplasmas.
Mikrotuubulite düsfunktsiooni on seostatud neurodegeneratiivsete seisunditega, sealhulgas kahe suurega: Parkinsoni ja Alzheimeri tõved.
Neurofibrillaarsed puntrad, mis on tau-nimelise valgu ebanormaalselt keerdunud niidid, on üks Alzheimeri tõvest. Tavaliselt aitab tau koos fosfaatmolekulidega mikrotuubuleid kindlustada. Alzheimeri tõvega neuronites kannavad tau-valgud aga kuni neli korda rohkem fosfaate kui tavaliselt.
Hüperfosforüülimine vähendab mikrotuubulite stabiilsust ja kiirust, samuti võib see põhjustada mikrotuubulite lahtivõtmist.
Kuidas see mikrotuubulite tootmise muutus neurodegeneratsioonini viib, pole täpselt teada, kuid teadlasi huvitab, kas nendesse protsessidesse sekkumine võib ühel päeval aidata Alzheimeri tõbe ravida või ära hoida.
Mikrotuubulitega seotud küsimused ei ole reserveeritud ainult neuroloogiliste seisundite jaoks. Alates 1990. aastatest on teadlased arutanud, kas need võivad olla südameatakkini viivate rakuliste muutuste aluseks.
Selle küsimuse uurimiseks tehtud viimases uuringus jõuti järeldusele, et keemilised muutused südamerakkude mikrotuubulite võrgus muutsid need jäigemaks ja vähem võimelised kokku tõmbuma, nagu nad peaksid.
Autorid usuvad, et mikrotuubuleid sihtivate ravimite väljatöötamine võib lõpuks olla toimiv viis "südame funktsiooni parandamiseks".
Jõujaamast kaugemale
Kui õppisite bioloogiatunnis ainult üht, oli tõenäoline, et “mitokondrid on raku jõujaamad”. Esimest korda pilgu heitnud 1800-ndatel, küsivad tänapäeva teadlased, kas mitokondrid võivad olla mitmesuguste haigustega.
Mitokondrite roll Parkinsoni tõves on saanud kõige rohkem tähelepanu.
Tegelikult on Parkinsoni tõve arengusse kaasatud aastate jooksul mitmesuguseid mitokondriaalseid tõrkeid.
Näiteks võivad probleemid tekkida keerulistes keemilistes radades, mis toodavad energiat mitokondrites, ja mutatsioonid võivad esineda mitokondrite DNA-s.
Mitokondreid võib kahjustada ka reaktiivsete hapnikuliikide kogunemine, mis tekivad energia tootmise kõrvalsaadusena.
Kuid kuidas need puudused tekitavad Parkinsoni tõve selgeid sümptomeid? Mitokondrid on ju praktiliselt igas inimkeha rakus.
Näib, et vastus peitub Parkinsoni tõvest mõjutatud rakutüübis: dopaminergilised neuronid. Need rakud on unikaalselt vastuvõtlikud mitokondrite düsfunktsioonidele. Osaliselt näib see olevat seetõttu, et nad on eriti tundlikud oksüdatiivse rünnaku suhtes.
Dopaminergilised neuronid sõltuvad tugevalt ka kaltsiumist - elemendist, millel mitokondrid hoiavad vahelehti. Mitokondriaalse kaltsiumikontrollita kannatavad dopamiinergilised närvirakud ebaproportsionaalselt.
Samuti on arutatud mitokondrite rolli vähis. Pahaloomulised rakud jagunevad ja paljunevad kontrollivälisel viisil; see on energeetiliselt kallis, mistõttu mitokondrid on peamised kahtlusalused.
Lisaks mitokondrite võimele vähirakkude jaoks elektrit toota aitavad need rakkudel kohaneda ka uue või stressirohke keskkonnaga. Ja kuna vähirakkudel on tohutu võime liikuda ühest kehaosast teise, luua kauplus ja jätkata paljunemist ilma hingetõmbeta pausi, on ka siin mitokondrid kahtlased kurikaelad.
Lisaks Parkinsoni tõvele ja vähile on tõendeid selle kohta, et mitokondritel võib olla oma osa ka alkoholivaba rasvmaksa ja mõne kopsuhaiguse tekkimisel. Meil on veel palju õppida selle kohta, kuidas need töökad organellid haigusi mõjutavad.
Mikrobiomi järgmine tase
Bakteriofaagid on viirused, mis ründavad baktereid. Ja kui suureneb huvi soolebakterite vastu, pole üllatav, et bakteriofaagid on hakanud kulme kergitama. Kui bakterid saavad tervist mõjutada, võib ka see, mis neid kindlasti tapab.
Baktereid, mida leidub kõigis maakera ökosüsteemides, on kuulsalt palju. Bakteriofaagid ületavad neid; üks autor nimetab neid "praktiliselt kõikjalolevateks".
Mikrobiomi mõju tervisele ja haigustele on keerukas suhtlusvõrgustik, mida me alles alustame.
Ja kui viroom - meie püsivad viirused - lisatakse segule, muutub see eksponentsiaalselt labürindiks.
Teades, kui olulised on bakterid haiguste ja tervise seisukohalt, on vaja vaid väikest fantaasiahüpet, et kaaluda, kuidas bakteriofaagid - mis on omased erinevatele bakteritüvedele - võivad ühel päeval olla meditsiiniliselt kasulikud.
Tegelikult kasutati bakteriofaage nakkuste raviks 1920. – 30. Nad langesid poolehoiust eelkõige seetõttu, et sündmuskohale ilmusid antibiootikumid, mida oli lihtsam ja odavam säilitada ja toota.
Kuid kui antibiootikumiresistentsuse oht tõuseb, võib kaartidel olla liikumine tagasi bakteriofaagide ravi suunas.
Bakteriofaagide eeliseks on ka see, et need on spetsiifilised ühele bakterile, erinevalt antibiootikumide ulatuslikust paljude liikide levikust.
Ehkki huvi bakteriofaagide vastu on taastekkinud, näevad mõned juba potentsiaalset rolli võitluses “südame-veresoonkonna ja autoimmuunhaiguste, siiriku hülgamise ja vähi vastu”.
Seadke lipiidiparvedele triiv
Iga rakk on kaetud lipiidmembraaniga, mis võimaldab teatud kemikaale sisse ja välja, blokeerides teiste teed. Kaugel sellest, et lipiidmembraanid pole lihtsad kotti täis, on need keerulised, valkudega täidetud üksused.
Membraanikompleksi piires on lipiidiparved diskreetsed saared, kuhu koonduvad kanalid ja muud rakuseadmed. Nende struktuuride täpse eesmärgi üle arutletakse tuliselt, kuid teadlased hakkavad kiiresti tegelema sellega, mida need võivad tähendada paljude seisundite, sealhulgas depressiooni korral.
Hiljutiste uurimiste põhjal jõuti järeldusele, et nende piirkondade mõistmine võib aidata meil antidepressantide toimimisest aru saada.
G-valgud, mis on signaali edastavad rakulülitid, deaktiveeritakse, kui nad triivivad lipiidide parvedesse. Kui nende aktiivsus langeb, väheneb neuronite tulistamine ja suhtlemine, mis teoreetiliselt võib põhjustada depressiooni sümptomeid.
Mündi teisel poolel on näidatud, et antidepressandid nihutavad G-valke lipiidiparvedest tagasi, vähendades seeläbi depressioonisümptomeid.
Teistes uuringutes on uuritud lipiidiparvede potentsiaalset rolli ravimiresistentsuses ja metastaasides pankrease ja munasarjavähi korral, samuti kognitiivset aeglustumist teel Alzheimeri tõve poole.
Ehkki lipiidimembraani kahekihiline struktuur avastati esmakordselt eelmise sajandi keskel, on lipiidiparved rakuperekonda suhteliselt uued täiendused. Siiani pole palju vastuseid nende struktuuri ja funktsiooni kohta.
Head asjad tulevad väikestes pakkides
Lühidalt öeldes on rakuvälised vesiikulid pisikesed pakendid, mis viivad kemikaale rakkude vahel. Need aitavad suhelda ja mängida rolli nii erinevates protsessides nagu hüübimine, rakkude vananemine ja immuunvastus.
Kuna nad kannavad sõnumeid edasi ja tagasi nii suure hulga radade osana, pole ime, et neil on potentsiaali minna sassi ja sattuda haigustesse.
Kuna nad suudavad kanda keerukaid molekule, sealhulgas valke ja DNA-d, on kõik võimalused haigusspetsiifiliste materjalide - näiteks neurodegeneratiivsete haiguste valkude - vahetamiseks.
Kasvajad toodavad ka rakuväliseid vesiikuleid ja ehkki nende roll pole veel täielikult mõistetav, on tõenäoline, et need aitavad vähil kaugetesse kohtadesse sisse seada.
Kui suudame õppida neid rakkudevahelisi suitsusignaale lugema, võiksime saada ülevaate arvukatest haigusprotsessidest. Teoreetiliselt ei pea me muud kui neid kasutama ja koodi rikkuma - see on muidugi monumentaalne väljakutse.
Voldiku all
Kui võtsite bioloogia, võib teil olla hämar mälestus meeldiva hääldatava endoplasmaatilise retikulumi (ER) kohta. Võite ka meeles pidada, et see on tsütoplasmas olev ühendatud lamestatud kottide võrk, mis asub tuuma lähedal.
ER - esimest korda mikroskoobi all pilguga 1800-ndate aastate lõpus - voldib valgud ja valmistab need ette eluks rakuvälises karmis keskkonnas.
On oluline, et valgud oleksid volditud õigesti; kui nad seda ei tee, ei transpordi ER neid edasi oma lõppsihtkohta. Stressi ajal, kui ER töötab ületunnitööga, võivad valesti volditud või voltimata valgud koguneda. See käivitab nn lahtikäiva valgu vastuse (UPR).
UPR üritab raku normaalse toimimise uuesti võrku tuua, puhastades lahtikäinud valgu mahajäämuse. Selleks hoiab see ära valgu edasise tootmise, lagundab halvasti volditud valgu ja aktiveerib molekulaarse masinavärgi, mis aitab mõnel voltimisel murda.
Kui ER-l ei õnnestu rajale tagasi jõuda ja UPR ei suuda raku valgusituatsiooni uuesti joondada, tähistab rakku surma apoptoos, teatud tüüpi raku enesetapp.
ER-i stressi ja sellest tulenevat UPR-i on seostatud paljude haigustega, millest üks on diabeet.
Insuliini toodavad pankrease beeta-rakud ja kuna selle hormooni tootmine on päeva jooksul erinev, tõuseb ja langeb rõhk ER-le - see tähendab, et need rakud toetuvad tõhusale UPR-signaalimisele.
Uuringud on näidanud, et kõrge veresuhkur põhjustab valgusünteesile suuremat survet. Kui UPR ei suuda asju õigele teele saada, muutuvad beetarakud düsfunktsionaalseteks ja surevad. Kuna beetarakkude arv väheneb, ei saa insuliini enam vajadusel luua ja diabeet areneb.
Need on põnevad ajad biomeditsiiniteaduses osalemiseks ja nagu see lühike pilguheit tõestab, on meil veel palju õppida ja vana maa katmine võib olla sama kasulik kui uute silmapiiride nikerdamine.
