Sota tautia vastaan: Vanhojen ahdinkojen uudelleenkäynti
Lääketieteen katkeamattomasta löydöksestä huolimatta monet korkean profiilin sairaudet ovat edelleen ketututkijoita. Nykyään tutkijat etsivät uusia vihjeitä polkuja pitkin.
Tutkijoiden syventyessä syvemmälle mekanismeihin, jotka ovat vaikeasti hoidettavien sairauksien, kuten diabeteksen ja Alzheimerin taudin, alla, he poikkeavat tieteen reunalta, tavoittelevat löysiä säikeitä ja työntävät sormiaan hämärästi valaistuihin nurkkiin.
Mutta koska vastauksia uudesta näkökulmasta ei aina tule, kannattaa tuplata aina silloin tällöin, avata vanhat ovet ja palata tutuille kasvoille.
Esimerkiksi äskettäin "löydettiin" uusi urut piilossa näkyvissä. Interstitiumia - nestetäytteisten pussien järjestelmää - pidetään nyt yhtenä kehon suurimmista elimistä.
Aikaisemmin interstitiumin katsottiin olevan melko merkityksetöntä; vähän enemmän kuin anatominen liimapaperi, joka tukee oikeita elimiä tekemässä kunnollista työtä. Mutta kun huippuluokan kuvantamistekniikat nollattiin, sen koko ja merkitys selvisivät.
Nyt tutkijat kysyvät, mitä se voi opettaa meille ödeemasta, fibroosista ja syövän hankalasta kyvystä levitä.
Tutkimuksessa kaikki tietävät, ettei kiveä tule jättää kääntämättä. Interstitium kuitenkin muistuttaa meitä siitä, että niitä tulisi kääntää useita kertoja ja säännöllisin väliajoin.
Tässä artikkelissa käsitellään joitain solubiologian tuttuja näkökohtia, joita tarkastellaan uudelleen ja jotka tarjoavat tuntemattomia tapoja ymmärtää tauti.
Mikrotubulukset: Enemmän kuin rakennustelineet
Jokaisen solun sytoplasman läpi kulkee monimutkainen proteiiniverkosto, jota kutsutaan sytoskeletoniksi, jonka Nikolai Konstantinovich Koltsov keksi ensimmäisen kerran vuonna 1903. Yksi sytoskeletin ensisijaisista ainesosista on pitkät, putkimaiset proteiinit, joita kutsutaan mikrotubuleiksi.
Mikrotubulukset auttavat pitämään solun jäykkänä, mutta niillä on myös keskeinen rooli solujen jakautumisessa ja yhdisteiden kuljettamisessa sytoplasman ympäri.
Mikroputken toimintahäiriö on yhdistetty neurodegeneratiivisiin olosuhteisiin, mukaan lukien kaksi suurta: Parkinsonin ja Alzheimerin taudit.
Neurofibrillaariset tangot, jotka ovat epänormaalisti kiertyneitä tau-nimisen proteiinin säikeitä, ovat yksi Alzheimerin taudin tunnusmerkeistä. Tavallisesti yhdessä fosfaattimolekyylien kanssa tau auttaa varmistamaan mikrotubulukset. Alzheimerin taudin neuroneissa tau-proteiinit kuljettavat kuitenkin jopa neljä kertaa enemmän fosfaattia kuin normaalisti.
Hyperfosforylaatio vähentää mikrotubulusten stabiilisuutta ja nopeutta, ja se voi myös aiheuttaa mikrotubulusten purkamisen.
Ei ole täysin ymmärretty, miten tämä muutos mikrotubulusten tuotannossa johtaa hermoston rappeutumiseen, mutta tutkijat ovat kiinnostuneita näkemään, voisiko näiden prosessien puuttuminen jonain päivänä auttaa Alzheimerin taudin hoidossa tai ehkäisyssä.
Mikrotubuluksia koskevia kysymyksiä ei ole varattu yksinomaan neurologisiin olosuhteisiin. 1990-luvulta lähtien tiedemiehet ovat keskustelleet siitä, voivatko ne olla sydänkohtaukseen johtavien solumuutosten juuressa.
Viimeisimmässä tutkimuksessa, jossa tarkasteltiin tätä kysymystä, päädyttiin siihen, että kemialliset muutokset sydänsolujen mikrotubulusverkostossa tekivät niistä jäykemmät ja kykenemättömät supistumaan kuten pitäisi.
Kirjoittajat uskovat, että mikrotubuluksiin kohdistuvien lääkkeiden suunnittelu voi lopulta olla kannattava tapa "parantaa sydämen toimintaa".
Voimalaitoksen ulkopuolella
Jos opit biologiatunnilla vain yhden asian, oli todennäköistä, että "mitokondriot ovat solun voimalaitoksia". Ensimmäiset vilkaisut 1800-luvulla, nykypäivän tutkijat kysyvät, voisivatko mitokondriot olla kaakkoisissa sairauksissa.
Mitokondrioiden rooli Parkinsonin taudissa on saanut eniten huomiota.
Itse asiassa vuosien varrella Parkinsonin taudin kehittymiseen on liittynyt erilaisia mitokondrioiden epäonnistumisia.
Esimerkiksi ongelmia voi syntyä monimutkaisissa kemiallisissa reiteissä, jotka tuottavat energiaa mitokondrioissa, ja mutaatioita voi esiintyä mitokondrioiden DNA: ssa.
Mitokondrioita voi myös vahingoittaa reaktiivisten happilajien muodostuminen, joita tuotetaan energiantuotannon sivutuotteena.
Mutta miten nämä puutteet tuottavat Parkinsonin taudin erillisiä oireita? Mitokondrioita on loppujen lopuksi lähes jokaisessa ihmiskehon solussa.
Vastaus näyttäisi olevan Parkinsonin taudissa vaikuttaneissa solutyypeissä: dopaminergiset neuronit. Nämä solut ovat ainutlaatuisen herkkiä mitokondrioiden toimintahäiriöille. Osittain tämä näyttää johtuvan siitä, että ne ovat erityisen herkkiä oksidatiiviselle hyökkäykselle.
Dopaminergiset neuronit ovat myös voimakkaasti riippuvaisia kalsiumista, elementistä, jolla mitokondriot pitävät välilehtiä. Ilman mitokondrioiden kalsiumin säätelyä dopaminergiset hermosolut kärsivät suhteettomasti.
Mitokondrioiden roolista syövässä on myös keskusteltu. Pahanlaatuiset solut jakautuvat ja replikoituvat kontrollin ulkopuolella; tämä on energisesti kallista, mikä tekee mitokondrioista ensisijaisia epäiltyjä.
Mitokondrioiden kyvyn tuottaa virtaa syöpäsoluille lisäksi ne auttavat myös soluja sopeutumaan uusiin tai stressaaviin ympäristöihin. Ja koska syöpäsoluilla on hämmästyttävä kyky liikkua kehon osasta toiseen, perustaa myymälä ja lisääntyä jatkuvasti ilman hengähdystaukoa, myös tässä mitokondrioiden epäillään olevan roistot.
Parkinsonin taudin ja syövän lisäksi on todisteita siitä, että mitokondrioilla voi olla merkitystä myös alkoholittoman rasva-maksasairauden ja joidenkin keuhkosairauksien kehittymisessä. Meillä on vielä paljon opittavaa siitä, kuinka nämä ahkeat organellit vaikuttavat tautiin.
Mikrobiomin seuraava taso
Bakteriofagit ovat viruksia, jotka hyökkäävät bakteereja vastaan. Ja lisääntyneen kiinnostuksen mukaan suolistobakteereihin ei ole mikään yllätys, että bakteriofagit ovat alkaneet nostaa kulmakarvoja. Jos bakteerit voivat vaikuttaa terveyteen, myös se, joka tappaa ne, voi varmasti.
Bakteereja, joita esiintyy kaikissa maan ekosysteemeissä, on tunnetusti paljon. Bakteriofageja on kuitenkin enemmän kuin niitä; yksi kirjailija kutsuu heitä "käytännössä kaikkialla läsnä oleviksi".
Mikrobiomin vaikutus terveyteen ja tauteihin on sekava vuorovaikutusten verkko, jota olemme vasta alkamassa selvittää.
Ja kun viromi - asuvat viruksemme - lisätään seokseen, siitä tulee eksponentiaalisesti labyrinttinen.
Tietäen kuinka tärkeitä bakteerit ovat sairaudessa ja terveydessä, se vaatii vain pienen harppauksen mielikuvitusta pohtimaan, kuinka bakteerifagit - jotka ovat ominaisia eri bakteerikannoille - voivat jonain päivänä olla lääketieteellisesti hyödyllisiä.
Itse asiassa bakteriofaageja käytettiin infektioiden hoitamiseen 1920- ja 30-luvuilla. He eivät suostuneet ensisijaisesti siksi, että paikalle ilmestyi antibiootteja, joita oli helpompi ja halvempi varastoida ja tuottaa.
Mutta kun antibioottiresistenssin vaara nousee päähänsä, kortilla voi olla siirtyminen takaisin kohti bakteriofagihoitoa.
Bakteriofageilla on myös se etu, että ne ovat spesifisiä yhdelle bakteerille, toisin kuin antibioottien laaja pyyhkäisy monien lajien läpi.
Vaikka kiinnostus bakteriofageja kohtaan on jälleen uusi, jotkut näkevät jo potentiaalisen roolin taistelussa "sydän- ja verisuonitaudit, autoimmuunisairaudet, siirteen hyljintä ja syöpä".
Aseta ajautuminen lipidilautoille
Jokainen solu on päällystetty lipidikalvolla, joka päästää tiettyjä kemikaaleja sisään ja ulos ja samalla estää muiden polut. Kaukana siitä, että lipidikalvot eivät ole yksinkertaisia pusseja, ne ovat monimutkaisia, proteiineja täynnä olevia kokonaisuuksia.
Kalvokompleksin sisällä lipidilautat ovat erillisiä saaria, joihin kanavat ja muut soluvälineet yhdistyvät. Näiden rakenteiden tarkasta tarkoituksesta keskustellaan kiivaasti, mutta tutkijat ovat kiireisesti käsittelemässä sitä, mitä ne voivat tarkoittaa monissa olosuhteissa, masennus mukaan lukien.
Viimeaikaisten tutkimusten perusteella päädyttiin siihen, että näiden alueiden ymmärtäminen voisi auttaa meitä käsittelemään masennuslääkkeiden toimintaa.
G-proteiinit - jotka ovat signaalia välittäviä solukytkimiä - deaktivoituvat, kun ne ajautuvat lipidilauttoihin. Kun heidän aktiivisuutensa vähenee, hermosolujen ampuminen ja viestintä vähenevät, mikä teoriassa voi aiheuttaa joitain masennuksen oireita.
Kolikon toisella puolella masennuslääkkeiden on osoitettu siirtävän G-proteiineja takaisin lipidilautoista vähentäen siten masennusoireita.
Muissa tutkimuksissa on tutkittu lipidilauttojen mahdollista roolia lääkeresistenssissä ja etäpesäkkeissä haima- ja munasarjasyövässä sekä kognitiivista hidastumista matkalla kohti Alzheimerin tautia.
Vaikka lipidikalvon kaksikerroksinen rakenne paljastettiin ensimmäisen kerran viime vuosisadan puolivälissä, lipidilautat ovat suhteellisen uusi lisäys soluperheeseen. Moniin kysymyksiin niiden rakenteesta ja toiminnasta ei ole vielä vastattu.
Hyvät asiat tulevat pienissä pakkauksissa
Lyhyesti sanottuna solunulkoiset rakkulat ovat pieniä pakkauksia, jotka kuljettavat kemikaaleja solujen välillä. Ne auttavat kommunikoimaan ja näyttämään osaa niin vaihtelevissa prosesseissa kuin hyytyminen, solujen ikääntyminen ja immuunivaste.
Koska he kantavat viestejä edestakaisin osana tällaista laajaa reittiä, ei ole ihme, että heillä on mahdollisuus mennä pieleen ja tarttua tauteihin.
Koska ne voivat kuljettaa monimutkaisia molekyylejä, mukaan lukien proteiineja ja DNA: ta, on kaikki mahdollisuudet, että he saattavat kuljettaa tautikohtaisia materiaaleja - kuten neurodegeneratiivisiin sairauksiin liittyviä proteiineja.
Kasvaimet tuottavat myös solunulkoisia rakkuloita, ja vaikka niiden roolia ei vielä ole täysin ymmärretty, on todennäköistä, että ne auttavat syöpää perustamaan myymälän kaukaisiin paikkoihin.
Jos voimme oppia lukemaan näitä solujen välisiä savusignaaleja, voimme saada käsityksen lukemattomista sairausprosesseista. Teoriassa meidän tarvitsee vain hyödyntää niitä ja rikkoa koodi - mikä on tietysti monumentaalinen haaste.
Taitoksen alapuolella
Jos otit biologian, sinulla voi olla hämärä muisto miellyttävästä lausuttavasta endoplasman retikulaatiosta (ER). Saatat myös muistaa, että se on toisiinsa kytketty litistettyjen pussien verkko sytoplasmassa, joka sijaitsee lähellä ydintä.
ER - joka vilkaisi ensimmäisen kerran mikroskoopilla 1800-luvun lopulla - taittaa proteiinit ja valmistaa ne elämään solun ulkopuolella olevassa ankarassa ympäristössä.
On elintärkeää, että proteiinit taittuvat oikein; jos he eivät ole, ER ei kuljeta niitä lopulliseen määränpäähänsä. Stressin aikana, kun ER työskentelee ylitöitä, väärin taittuneet tai avautumattomat proteiinit voivat kerääntyä. Tämä laukaisee niin kutsutun avautuneen proteiinivasteen (UPR).
UPR yrittää tuoda normaalin solujen toiminnan takaisin verkkoon selvittämällä avautuneen proteiinin virheen. Tätä varten se estää proteiinien lisätuotannon, hajottaa huonosti taittuneen proteiinin ja aktivoi molekyylikoneistot, jotka voivat auttaa murtumaan joissakin taittumisissa.
Jos ER ei onnistu palaamaan raiteilleen ja UPR ei onnistu palauttamaan solun proteiinitilannetta linjalle, solu merkitsee kuolemaa apoptoosilla, eräänlaisena solumurhana.
ER-stressi ja siitä seuraava UPR ovat olleet osallisina monissa sairauksissa, joista yksi on diabetes.
Insuliinia valmistavat haiman beetasolut, ja koska tämän hormonin tuotanto vaihtelee päivän aikana, paine ER: ään nousee ja laskee - mikä tarkoittaa, että nämä solut luottavat tehokkaaseen UPR-signalointiin.
Tutkimukset ovat osoittaneet, että korkea verensokeri lisää lisääntynyttä painetta proteiinisynteesiin. Jos UPR ei pysty saamaan asioita takaisin raiteilleen, beetasolut eivät toimi ja kuolevat. Beetasolujen vähenemisen myötä insuliinia ei voida enää luoda tarvittaessa ja diabetes kehittyy.
Nämä ovat kiehtovia aikoja olla mukana biolääketieteessä, ja kuten tämä lyhyt katsaus osoittaa, meillä on vielä paljon opittavaa, ja vanhan maan peittäminen voi olla yhtä hyödyllistä kuin uusien näköalojen kaiverrus.
