Taikant vieną fermentą, galima gydyti vėžį, diabetą ir nutukimą
Atskleidus pagrindinio ląstelių fermento molekulinę akrobatiką, gali atsirasti naujų vėžio ir medžiagų apykaitos ligų, tokių kaip nutukimas ir diabetas, gydymo būdai.
Ląstelės fermentas vadinamas PI3KC2A, ir nors mokslininkai žinojo, kad jis kontroliuoja daugelį svarbiausių ląstelių funkcijų, jie liko nežinomi dėl detalių struktūrinių mechanizmų.
Vienas dalykas, kurį jie žinojo, buvo tas, kad fermentas kontroliuoja tai, kas vyksta ląstelių membranose, kai jos gauna išorinius signalus.
Jie taip pat žinojo, kad jis kontroliuoja, kaip signalai veikia gyvybiškai svarbius procesus ląstelės viduje.
Šie procesai, be kita ko, reguliuoja, kaip ląstelės auga, dalijasi ir diferencijuojasi.
Dabar naujas žurnalas Molekulinė ląstelė pirmą kartą aprašo, kaip ląstelės fermentas keičiasi iš neaktyvios ląstelės viduje į aktyvią ląstelės membranos būseną.
Tyrėjai iš Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP) Berlyne, Vokietijoje, kartu su kolegomis iš Ženevos universiteto Šveicarijoje kurį laiką tyrė PI3KC2A.
Jų naujas darbas atskleidžia anksčiau nežinomus faktus apie lemiamą ląstelių mechanizmą, vadinamą „receptorių pasisavinimu“. Procesų, susijusių su šiuo mechanizmu, sutrikimai yra susiję su tokiomis ligomis kaip vėžys, diabetas ir kiti medžiagų apykaitos sutrikimai.
Vienas iš vyresnių tyrimų autorių, profesorius Volkeris Haucke iš FMP, sako, kad jų išvados „gali būti tiesioginis terapijos tikslas“.
Ląstelių membranos yra dinamiškos sistemos
Ląstelių membranos daro daug daugiau, nei laiko ląstelių turinį kartu. Jei tai būtų viskas, ką jie padarė, jie būtų ne daugiau kaip inertinės odos; bet atidžiau pažiūrėjus paaiškėja, kad tai yra dinamiškos sistemos, griežtai kontroliuojančios cheminių medžiagų patekimą į ląstelę ir iš jos.
Ląstelės membranos struktūra buvo apibūdinta kaip „lipidų jūra“, kurioje yra plūduriuojančios baltymų grupės, kontroliuojančios membranos „selektyvų pralaidumą“.
Lipidai, kurie yra į riebalus panašios molekulės, taip pat yra aktyvūs pralaidumo procese. Jie veikia kaip „molekuliniai jungikliai“ cheminių signalų kaskadoms, kurios įsijungia ląstelių viduje. Daugelis šių kaskadų kontroliuoja pagrindines funkcijas, tokias kaip ląstelių augimas, dalijimasis ir diferenciacija.
Fermentai, tokie kaip PI3KC2A, vaidina svarbų vaidmenį gaminant lipidus, kurie veikia kaip molekuliniai jungikliai. Todėl radus būdų, kaip juos nukreipti, gali atsirasti vaistų, kurie gali įsikišti į šiuos procesus.
Pavyzdžiui, ląstelių diferenciacija yra labai svarbi formuojant naujas kraujagysles arba angiogenezę, kuri yra pagrindinis naviko augimo žingsnis.
Receptorių įsisavinimas
Ankstesniame darbe mokslininkai jau buvo daug atradę apie procesų, susijusių su PI3KC2A, struktūrine ir ląstelių biologija, įskaitant jos vaidmenį priimant receptorius.
Pavyzdžiui, jie nustatė, kad ligandai arba išoriniai cheminiai signalai iš ląstelės išorės stimuliuoja fermentą prisijungdami prie paviršiaus baltymų, vadinamų receptoriais. Tokie ligandai apima insuliną ir augimo faktorius, kurie sukelia signalų kaskadas ląstelių viduje.
Suaktyvėjęs PI3KC2A įgalina procesą, vadinamą endocitoze, kai maži maišeliai ar pūslelės perneša „su ligandu susijusius receptorius“ į ląstelės vidų.
Patekę į ląstelę, su ligandu susiję receptoriai suaktyvina signalizacijos kaskadas, kurios kontroliuoja lemiamas ląstelių funkcijas.
Naujas tyrimas yra reikšmingas, nes jis atskleidžia išsamius pokyčius, kuriuos PI3KC2A patiria kiekviename šio proceso etape.
Aktyvus fermentas „išskleidžia rankas“
Profesorius Haucke'as paaiškina, kad vienas iš jų atrastų dalykų yra tai, kad kai ląstelės fermentas arba kinazė yra neaktyvus ir ilsisi ląstelės viduje, jis atrodo „susuktas atrodydamas taip, tarsi būtų apsivijęs rankas“.
Jis ir jo kolegos taip pat nustatė, kad fermentas tampa aktyvus tik tada, kai du ląstelės membranos komponentai yra toje pačioje vietoje tuo pačiu metu.
„Kai tai atsitiks, - sako jis, - kinazė išskleidžia„ rankas “ir kiekviena„ ranka “jungiasi prie vieno iš dviejų komponentų“.
Po kelių sekundžių procesas prasidės. Fermentas pradeda gaminti daug lipidų signalinių molekulių, kurios paskui sukelia „aktyvuotų signalinių receptorių pasisavinimą“ į ląstelės vidų. Savo ruožtu jie nustato kaskadas, kurios reguliuoja ląstelių augimą, dalijimąsi ir diferenciaciją.
Komanda dabar planuoja nustatyti molekulių kandidatus, kad vaistų kūrėjai galėtų imtis tolesnių veiksmų.
"Pirmą kartą mes turime mechanizmo rankeną, kuri galų gale gali padėti pakeisti PI3KC2A lipidų kinazės aktyvumą".
Prof. Volkeris Haucke
