RAPORT

KORONAWIRUS: MAPY, STATYSTYKI, PORADY

Robak objawia tajemnice Huntingtona

Nasz rozwój i wiele innych zjawisk, są badane i wyjaśniane dzięki malutkiemu, wolno żyjącemu w glebie, przejrzystemu nicieniowi (fot. Shutterstock/Heiti Paves)

Nasz rozwój zarodkowy, podstawowe funkcjonowanie naszego układu nerwowego, procesy regeneracyjne i starzenia się oraz wiele innych zjawisk, są badane i wyjaśniane dzięki malutkiemu, wolno żyjącemu w glebie, przejrzystemu nicieniowi. Dziś uczeni z australijskiego Monash Biomedicine Discovery Institute i ich koledzy z Cambridge poznali dzięki temu robakowi, zwanemu Caenorhabditis elegans, zjawiska leżące u podstaw zdawałoby się wyłącznie ludzkich chorób neurodegeneracyjnych, jak pląsawica Huntingtona.

Nowe technologie i materiały na froncie walki z nowotworami

Profesor Andrew Steckl walczy z glejakiem wielopostaciowym za pomocą niezwykłej przędzy. Powstaje ona w procesie zwanym elektroprzędzeniem...

zobacz więcej

Czy pamiętacie, Państwo, jak uczono nas w szkole biologii roślin i zwierząt? Każda większa grupa miała swój „organizm modelowy” – no i na przykładzie tego modelu, lepiej lub gorzej dobranego, poznawaliśmy całą grupę. Tak więc dla mszaków był to np. mech płonnik, a dla owadów karaluch, dla ssaków mysz, dla ryb karaś, dla płazińców tasiemiec, dla obleńców owsik, dla bakterii wreszcie – pałeczka okrężnicy.

Przykłady można mnożyć. Są jednak w naukach biologicznych i inne modele. Próbujemy wykorzystać ich prostotę i „taniość” (tanie utrzymanie, hodowlę, przechowywanie, łatwość manipulacji prostym sprzętem etc.) dla poznania najgłębszych tajników życia w ogólności, a nie tylko w obrębie danej grupy taksonomicznej.

Od wczesnych lat 60., dzięki genialnemu pomysłowi naukowca z RPA, Sydneya Brennera (Noblisty od 2002 roku), takim modelem wielu zjawisk, który zagwarantował już dobre kilka nagród Nobla, jest pewien robak obły. Ma 1-2 mm długości, więc widać go dobrze pod lupą, daje się łatwo sekcjonować za pomocą zwykłych narzędzi manipulacyjnych, jest przejrzysty – więc można dosłownie oglądać, jak trawi pożywienie.

A w laboratorium „sieje się go na płytkę agarową”, niczym bakterie, którymi zresztą się żywi. Np. wspomnianą wyżej modelową pałeczka okrężnicy, czyli Escherichia coli. A tej można z kolei metodami inżynierii genetycznej „wrzucić” do organizmu niemal wszystko, i tak nasz nicień to zje i zareaguje (lub nie) na dane białko.

Bakterie tanio zrobią nam cukier, który nie tuczy, nie psuje zębów i nie wzmaga cukrzycy

Cukier… biała śmierć. Chyba żadna inna dopuszczona masowo do spożycia, ba – obecna powszechnie w żywności dla niemowląt (niestety) – substancja ...

zobacz więcej

Możliwości badań są właściwe nieograniczone. W dodatku dorosły C. elegans ma całe życie stałą liczbę komórek w organizmie (takie zjawisko nazywa się eutelia), bo żadnej utraconej komórki nie potrafi sobie sam z siebie zregenerować. No ale jeśli mu pomóc z boku jakąś substancją… W ten sposób badać można rzeczy dotyczące starzenia się znacznie ciekawsze i głębsze, niż kolejny nieskuteczny krem przeciwzmarszczkowy. Ma, jak na takiego banalnie prostego w budowie malucha, skomplikowany rozwój, przechodzi przez kolejne stadia larwalne, zależne w swym układzie od ilości i jakości pożywienia.

To dzięki temu zatem poznaliśmy geny odpowiedzialne za nasz rozwój zarodkowy. W dodatku ma już układ nerwowy – uproszczony do granic, ale ma. No i ma geny. Mnóstwo genów, które – choć dzieli nas z nicieniem co najmniej 600 mln lat ewolucji są wystarczająco podobne do naszych, by na podstawie badania ich roli dla nicienia wysnuwać całkiem sensowne wnioski na nasz własny ludzki temat.

Po tym wstępie, będącym laudacją na temat C. elegans, wróćmy ad rem, czyli do najnowszych badań kierowanych przez dr. Rogera Pococka i profesora Davida Rubinszteina, opublikowanych przedwczoraj na łamach „eLife”. Ich zespoły badawcze odkryły, że pewne cząsteczki zwane microRNA są bardzo istotne w kontrolowaniu powstawania agregatów białkowych. Te zaś zdarzają się naturalnie ze względu na proces formowania się białek, mogą też być przyczyna groźnych chorób. Spokojnie, zaraz sobie wyjaśnimy to odkrycie punkt po punkcie.

Po pierwsze zatem: geny kodują białka i teoretycznie doskonałość jakiegoś białka zależy od sekwencji kodującego go genu. Jednak czasem sekwencja DNA tego kodowanego białka wcale nie ulegnie mutacji, nie stanie się wadliwa, a mimo to białko nie będzie doskonałe. Może się wtedy nawet stać bardzo szkodliwe dla organizmu i chorobotwórcze.

To dlatego, że po biosyntezie – na matrycy cząsteczek tzw. mRNA, które są przepisaną kopią DNA genu – białko musi jeszcze zostać „oprocesowane”. To tak, jak forma z odlewni – niby jest i wygląda ogólnie jak trzeba, ale trzeba ją jeszcze pociąć na stosowne fragmenty i doszlifować po brzegach oraz poddać kontroli jakości.

Barwy ochronne: głowonogi robią kamuflaż za pomocą maszyny molekularnej

Głowonogi to dziwolągi. Badając opalizujące kalmary, którymi normalni Kalifornijczycy się objadają, uczeni z Uniwersytetu w Santa Barbara odkryli,...

zobacz więcej

Jeśli jakieś białko zostanie źle oprocesowane i źle się pozwija, aby jego kształt był stosowny do wykonywanego przez to białko działania (np. białkowe enzymy powinny pasować do swoich substratów bardzo dokładnie, niczym klucz do zamka), musi ono zostać pożarte wewnątrz komórki w procesie zwanym jakże wymownie autofagią.

Akumulacja bowiem takiego wadliwego białka może prowadzić do jego agregacji. No a z agregatami białkowymi komórka nie radzi sobie w ogóle. To tak, jak byśmy mieli do zjedzenia milion płateczków śniegu albo zbitą lodową śnieżkę. Komórka to cud natury, ale nawet cuda mają swoje ograniczenia. To prawidłowe pozwijanie białka i jednoczesna zdolność do usuwania białek wadliwych są zatem absolutnie kluczowe dla zdrowia komórek.

Ostatnie słowo, które jest nam tu potrzebne, to microRNA. Powyżej przypomniałam znane nam ze szkoły mRNA – to matryca dla biosyntezy białka, kopia genu. W procesie powstawania białek uczestniczą też tRNA – dowozi aminokwasy na pozycje oraz rRNA – buduje rybosomy, czyli struktury komórkowe, gdzie powstawanie białek ma miejsce.

MicroRNA zaś to jedne z króciutkich cząsteczek RNA bardzo aktywnych w komórce. Ich rolą jest regulowanie aktywności konkretnych genów. Jednym z nich, bardzo kluczowym i dlatego zakonserwowanym w niezmiennym stanie przez te 600 milionów lat ewolucji, które dzielą ludzi od nicienia – jest gen kodujący składankę cząsteczek microRNA, zwany miR-1. Taki gen jest przepisywany na RNA i w ten sposób mogą z niego niejako być uwalniane różne cząsteczki micro-RNA.

Świat magii rządzi się własnymi regułami czy jednak prawami fizyki?

To ciekawe ze wszech miar pytanie. Mnie od zawsze nurtowało, dlaczego w snach widzimy jednak przetworzoną realność, np. słonia grającego na harfie...

zobacz więcej

Najpierw zatem południowoafrykański zespół dr. Pococka usunął gen miR-1 z genomu nicienia, który już wcześniej był tak genetycznie przeobrażony, że produkował specyficzne dla choroby Huntingtona ludzkie białko. Okazało się, że brak miR-1 powodował gromadzenie się jego agregatów w komórkach nicienia. Dalsze badania wykazały, że działanie miR-1 polega na kontrolowaniu aktywności genu nicienia, zwanego TBC-7. Rolą kodowanego przez nie białka jest mobilizować autofagię.

Wtedy przy stołach laboratoryjnych stanął zespół z Cambridge i wykazał, że to samo miR-1 kontroluje proces autofagii w ludzkich komórkach za pomocą kontrolowania białka podobnego do TBC-7, ale ludzkiego. Co to oznacza? Że gdyby wymusić na chorych komórkach nerwowych większą produkcję mir-1, to nie byłoby problemu z agregacją w mózgu białka-huntingtiny. Czyli pojawienie się objawów tej genetycznej choroby byłoby co najmniej znacznie spowolnione.

Sama pląsawica jest chorobą dziedziczną i wynika ze złożonego procesu genetycznego zapoczątkowanego mutacją w położonym na chromosomie 4 genie IT15, kodującym huntingtynę. W wyniku tej mutacji w sekwencji aminokwasowej tego białka pojawia się długi ciąg powtórzeń aminokwasu zwanego glutaminą. Jeśli ten ciąg jest dłuższy niż 35 powtórzeń, mutacja staje się niestabilna i przy kolejnych podziałach komórkowych liczba powtórzeń się zwiększa. W związku z tym, w kolejnych pokoleniach ciąg glutamin w białku jest coraz dłuższy, a co za tym idzie, objawy choroby pojawiają się wcześniej i są silniejsze. Nieprawidłowe zaś białko gromadzi się w komórkach nerwowych, powodując ich śmierć. Naturalna autofagia, bez wspomagania, radzi tu sobie za słabo.

Popatrzmy na maleńkie żyjątka, na które laicy nigdy nie zwróciliby uwagi, siedzące sobie gdzieś w cieniu, jak nicień Caenorhabditis elegans (zapamiętajmy proszę tę nazwę, choć trudna, bo robal uratował już dobre setki tysięcy ludzkich istnień) czy muszka owocówka Drospohila melanogaster. Na szczęście jakiś geniusz, nazwiskiem Brenner czy Morgan, wyciągnął je z ziemi czy z kosza z psującymi się owocami i zaniósł do laboratorium. Co zmieniło biologię i medycynę na zawsze. „Daj spokój, pchła to też istota”, jak śpiewał Jan Kaczmarek i kabaret „Elita” z Wrocławia.

źródło:
Zobacz więcej