Karš pret slimībām: veco spoku atkārtošana
Neskatoties uz nepārtrauktu medicīnas zinātnes atklājumu plūsmu, vairākas augsta līmeņa slimības joprojām ir lapsu pētnieki. Mūsdienās zinātnieki meklē svaigas norādes pa labi iemītām takām.
Kad zinātnieki iedziļinās mehānismos, kas atrodas zem grūti ārstējamiem apstākļiem, piemēram, diabēta un Alcheimera slimības, viņi izvēlas zinātnes robežas, sasniedzot vaļīgus pavedienus un iebāžot pirkstus vāji apgaismotās vietās.
Bet, tā kā atbildes no svaigiem leņķiem ne vienmēr tiek saņemtas, ir vērts ik pa brīdim dubultot atpakaļ, atvērt vecās durvis un atkārtoti apskatīt pazīstamās sejas.
Piemēram, nesen tika atklāti jauni orgāni, kas slēpās redzamā vietā. Intersticijs - ar šķidrumu pildītu maisiņu sistēma - tagad tiek uzskatīts par vienu no lielākajiem ķermeņa orgāniem.
Iepriekš intersticijs tika uzskatīts par diezgan nenozīmīgu; nedaudz vairāk par anatomisku līmpapīru, kas atbalsta pareizus orgānus, kuri veic pareizu darbu. Bet, kad jaunākās attēlveidošanas metodes netika novērstas, kļuva skaidrs tās lielums un nozīme.
Tagad zinātnieki jautā, ko tas mums var iemācīt par tūsku, fibrozi un vēža traucējošo spēju izplatīties.
Pētījumos visi zina, ka nedrīkst atstāt nevienu akmeni. Intersticijs mums tomēr atgādina, ka tie jāpārvērš vairākas reizes un ar regulāriem starplaikiem.
Šajā rakstā mēs aplūkojam dažus pazīstamus šūnu bioloģijas aspektus, kas tiek pārskatīti un sniedz nepazīstamus veidus, kā izprast slimības.
Mikrocaurules: vairāk nekā sastatnes
Caur katras šūnas citoplazmu ir sarežģīts olbaltumvielu tīkls, ko sauc par citoskeletu, šo terminu pirmo reizi izveidoja Nikolajs Konstantinovičs Kolcovs 1903. gadā. Viena no citoskeleta primārajām sastāvdaļām ir garie, cauruļveida proteīni, ko sauc par mikrocaurulītēm.
Mikrocaurules palīdz saglabāt šūnu stingrību, taču tām ir arī galvenā loma šūnu dalīšanās procesā un savienojumu transportēšanā ap citoplazmu.
Mikrotuļļu disfunkcija ir saistīta ar neirodeģeneratīviem stāvokļiem, ieskaitot lielos divus: Parkinsona un Alcheimera slimības.
Neirofibrilārās saites, kas ir neparasti savīti proteīna pavedieni, ko sauc par tau, ir viena no Alcheimera pazīmēm. Parasti kopā ar fosfāta molekulām tau palīdz pārliecināties par mikrotubulām. Tomēr Alcheimera neironos tau proteīni satur līdz pat četrreiz vairāk fosfāta nekā parasti.
Hiperfosforilēšana samazina mikrotubulu ražošanas stabilitāti un ātrumu, kā arī var izraisīt mikrotubulu izjaukšanu.
Nav precīzi zināms, kā tieši šīs izmaiņas mikrocaurulu ražošanā izraisa neirodeģenerāciju, taču pētnieki ir ieinteresēti uzzināt, vai iejaukšanās šajos procesos kādu dienu varētu palīdzēt ārstēt vai novērst Alcheimera slimību.
Jautājumi par mikrotubuliem nav rezervēti tikai neiroloģiskiem apstākļiem. Kopš 1990. gadiem zinātnieki ir apsprieduši, vai tie varētu būt šūnu izmaiņu pamatā, kas izraisa sirdslēkmi.
Jaunākajā pētījumā, kurā aplūkots šis jautājums, secināts, ka ķīmiskas izmaiņas sirds šūnu mikrotubulu tīklā padarīja tās stingrākas un mazāk spējīgas sarauties, kā vajadzētu.
Autori uzskata, ka tādu zāļu izstrāde, kas vērstas uz mikrotubuliem, galu galā varētu būt reāls veids, kā uzlabot sirds darbību.
Aiz spēkstacijas
Ja bioloģijas stundā uzzinājāt tikai vienu lietu, visticamāk, ka “mitohondriji ir šūnas spēkstacijas”. Mūsdienu zinātnieki, kas pirmo reizi ieskatījās 1800. gados, vaicā, vai mitohondriji varētu būt cahoots ar dažādām slimībām.
Mitohondriju loma Parkinsona slimībā ir saņēmusi vislielāko uzmanību.
Faktiski gadu gaitā Parkinsona slimības attīstībā ir iesaistītas dažādas mitohondriju mazspējas.
Piemēram, problēmas var rasties sarežģītos ķīmiskos ceļos, kas mitohondrijos rada enerģiju, un mitohondriju DNS var rasties mutācijas.
Arī mitohondrijus var sabojāt reaktīvo skābekļa sugu uzkrāšanās, kas rodas kā enerģijas ražošanas blakusprodukts.
Bet kā šīs nepilnības rada atšķirīgus Parkinsona slimības simptomus? Galu galā mitohondrijas ir praktiski visās cilvēka ķermeņa šūnās.
Šķiet, ka atbilde slēpjas Parkinsona slimības skartajā šūnā: dopamīnerģiskajos neironos. Šīs šūnas ir unikāli uzņēmīgas pret mitohondriju disfunkciju. Daļēji tas šķiet tāpēc, ka viņi ir īpaši jutīgi pret oksidatīvo uzbrukumu.
Arī dopamīnerģiskie neironi ir ļoti atkarīgi no kalcija - elementa, uz kura mitohondriji tur cilnes. Bez mitohondriju kalcija kontroles dopamīnerģiskās nervu šūnas cieš neproporcionāli.
Ir apspriesta arī mitohondriju loma vēža gadījumā. Ļaundabīgās šūnas dalās un atkārtojas ārpus kontroles; tas ir enerģētiski dārgi, padarot mitohondrijus par galvenajiem aizdomās turētajiem.
Papildus mitohondriju spējai radīt enerģiju vēža šūnām, tie arī palīdz šūnām pielāgoties jaunai vai stresa videi. Tā kā vēža šūnām piemīt nežēlīgas spējas pāriet no vienas ķermeņa daļas uz otru, ierīkot veikalu un turpināt vairoties, neapturot elpu, arī šeit tiek uzskatīti par mitohondrijiem ļaundari.
Papildus Parkinsona slimībai un vēzim ir pierādījumi, ka mitohondrijiem var būt nozīme arī bezalkoholisko tauku aknu slimību un dažu plaušu slimību attīstībā. Mums vēl ir daudz jāmācās par to, kā šie čaklie organelli ietekmē slimības.
Mikrobioma nākamais līmenis
Bakteriofāgi ir vīrusi, kas uzbrūk baktērijām. Un, palielinoties interesei par zarnu baktērijām, nav pārsteigums, ka bakteriofāgi ir sākuši uzacis. Ja baktērijas var ietekmēt veselību, noteikti var arī kaut kas, kas tās nogalina.
Baktēriju, kas atrodas visās zemes ekosistēmās, ir ļoti daudz. Bakteriofāgi tos tomēr pārsniedz; viens autors tos dēvē par “faktiski visur esošiem”.
Mikrobioma ietekme uz veselību un slimībām ir samezglots mijiedarbības tīkls, kuru mēs tikai sākam atšķetināt.
Un, ja viromu - mūsu pastāvīgos vīrusus - pievieno maisījumam, tas kļūst eksponenciāli labirintains.
Zinot, cik svarīgas baktērijas ir slimībā un veselībā, ir nepieciešams tikai neliels iztēles lēciens, lai apsvērtu, kā bakteriofāgi, kas raksturīgi dažādiem baktēriju celmiem, kādu dienu varētu būt medicīniski noderīgi.
Faktiski bakteriofāgi tika izmantoti infekciju ārstēšanai 20. gadsimta 20. un 30. gados. Viņi atteicās galvenokārt tāpēc, ka uz skatuves parādījās antibiotikas, kuras bija vieglāk un lētāk uzglabāt un ražot.
Bet, paaugstinoties antibiotiku rezistences riskam, kartēs var būt pāreja atpakaļ uz bakteriofāgu terapiju.
Bakteriofāgu priekšrocība ir arī tā, ka tie ir specifiski vienai baktērijai, atšķirībā no antibiotiku plašā slaucīšanas daudzās sugās.
Lai arī interese par bakteriofāgiem ir atjaunojusies, daži jau redz potenciālo lomu cīņā pret “sirds un asinsvadu un autoimūnām slimībām, transplantāta atgrūšanu un vēzi”.
Iestatiet nolaišanos uz lipīdu plostiem
Katra šūna ir pārklāta ar lipīdu membrānu, kas ļauj noteiktām ķīmiskajām vielām iekļūt un izkļūt, vienlaikus bloķējot citu ceļu. Tālu no tā, ka lipīdu membrānas nav vienkāršs maiss, kas ir pilns ar bitiem, tās ir sarežģītas, ar olbaltumvielām saistītas vienības.
Membrānas kompleksā lipīdu plosti ir atsevišķas salas, kur pulcējas kanāli un cita šūnu iekārta. Par šo struktūru precīzo mērķi tiek dedzīgi apspriestas, taču zinātnieki intensīvi sāk saprast, ko tie varētu nozīmēt vairākos apstākļos, tostarp depresijā.
Nesenie izmeklējumi secināja, ka izpratne par šiem reģioniem varētu palīdzēt mums saprast, kā darbojas antidepresanti.
G olbaltumvielas, kas pārraida signālu pārraides šūnu slēdžus, deaktivizējas, kad tās nokļūst lipīdu plostos. Kad viņu aktivitāte samazinās, tiek samazināta neironu šaušana un komunikācija, kas teorētiski varētu izraisīt dažus depresijas simptomus.
Monētas otrā pusē ir pierādīts, ka antidepresanti G proteīnus pārvieto atpakaļ no lipīdu plostiem, tādējādi mazinot depresijas simptomus.
Citos pētījumos ir pētīta lipīdu plostu iespējamā loma zāļu rezistencē un metastāzēs aizkuņģa dziedzera un olnīcu vēzē, kā arī kognitīvā palēnināšanās ceļā uz Alcheimera slimību.
Lai gan lipīdu membrānas divslāņu struktūra pirmo reizi tika atklāta pagājušā gadsimta vidū, lipīdu plosti ir salīdzinoši jauns šūnu ģimenes papildinājums. Pagaidām uz daudziem jautājumiem par to struktūru un funkciju nav atbildēts.
Labas lietas nāk mazos iepakojumos
Īsāk sakot, ārpusšūnu pūslīši ir niecīgi iepakojumi, kas starp šūnām ved ķīmiskas vielas. Tie palīdz sazināties un piedalīties dažādos procesos, piemēram, koagulācija, šūnu novecošana un imūnā atbilde.
Tā kā viņi pārraida ziņojumus turp un atpakaļ kā daļu no tik plaša ceļu klāsta, nav brīnums, ka viņiem ir iespēja nomaldīties un iesaistīties slimībās.
Arī tāpēc, ka tie var pārvadāt sarežģītas molekulas, ieskaitot olbaltumvielas un DNS, ir visas iespējas, ka viņi var pārvietot slimības specifiskos materiālus, piemēram, olbaltumvielas, kas iesaistītas neirodeģeneratīvajās slimībās.
Audzēji ražo arī ārpusšūnu vezikulas, un, lai arī to loma vēl nav pilnībā izprasta, ir iespējams, ka tie palīdz vēzim izveidot veikalu tālās vietās.
Ja mēs varam iemācīties lasīt šos starpšūnu dūmu signālus, mēs varētu gūt ieskatu neskaitāmos slimības procesos. Teorētiski viss, kas mums jādara, ir izmantot tos un pārkāpt kodu - kas, protams, būs monumentāls izaicinājums.
Zem locījuma
Ja jūs izmantojāt bioloģiju, jums var būt vāja atmiņa par patīkami izrunājamo endoplazmatisko retikulumu (ER). Jūs varētu arī atcerēties, ka tas ir savstarpēji savienots saplacinātu maisiņu tīklojums citoplazmā, kas atrodas netālu no kodola.
ER, kas pirmo reizi tika ieskatīts mikroskopā 1800. gadu beigās, saliek olbaltumvielas un sagatavo tās dzīvei skarbajā vidē ārpus šūnas.
Ir ļoti svarīgi, lai olbaltumvielas būtu pareizi salocītas; ja viņi to nedara, ER tos nepārvadās uz galamērķi. Stresa laikā, kad ER strādā virsstundas, var uzkrāties nepareizi vai nesalocīti proteīni. Tas izraisa tā saukto olbaltumvielu atbildes reakciju (UPR).
UPR mēģina atjaunot normālu šūnu darbību tiešsaistē, iztīrot neizkliedēto olbaltumvielu atlikumu. Lai to izdarītu, tas novērš turpmāku olbaltumvielu ražošanu, noārda slikti salocītus proteīnus un aktivizē molekulāro mehānismu, kas var palīdzēt ieplīst ar dažu locīšanu.
Ja ER neizdodas atgriezties pareizajā sliedē un UPR nespēj atjaunot šūnas olbaltumvielu stāvokli, šūna tiek atzīmēta kā nāve ar apoptozi, kas ir šūnu pašnāvības veids.
ER stress un no tā izrietošais UPR ir saistīti ar virkni slimību, no kurām viena ir diabēts.
Insulīnu ražo aizkuņģa dziedzera beta šūnas, un tā kā šī hormona ražošana dienas laikā mainās, spiediens uz ER palielinās un samazinās - tas nozīmē, ka šīs šūnas paļaujas uz efektīvu UPR signālu.
Pētījumi ir parādījuši, ka augsts cukura līmenis asinīs palielina spiedienu uz olbaltumvielu sintēzi. Ja UPR nespēj panākt lietu atgriešanos pareizajā sliedē, beta šūnas vairs nedarbojas un iet bojā. Kad beta šūnu skaits samazinās, insulīnu vairs nevar izveidot, kad nepieciešams, un attīstīsies diabēts.
Šie ir aizraujoši laiki, kad jāiesaistās biomedicīnas zinātnē, un, kā pierāda šis īsais ieskats, mums vēl ir daudz jāmācās, un vecās zemes pārklājums var būt tikpat noderīgs kā jaunu horizontu izveide.
