Війна з хворобами: Перегляд старих привидів
Незважаючи на безперервний потік відкриттів медичної науки, низка гучних захворювань все ще залишається дослідником лисиць. Сьогодні вчені шукають нові підказки вздовж протоптаних стежок.
Поглиблюючи глибину механізмів, що лежать у важко піддаються лікуванню станах, таких як діабет та хвороба Альцгеймера, вони відриваються від краю науки, тягнуться до вільних ниток і тицять пальцями в слабо освітлені закутки.
Але оскільки відповіді з нових боків не завжди надходять, варто повертатися раз у раз, відкриваючи старі двері та переглядаючи знайомі обличчя.
Нещодавно, наприклад, новий орган був “виявлений”, що ховався на виду. Інтерстицій - система заповнених рідиною мішків - сьогодні вважається одним з найбільших органів тіла.
Раніше інтерстицій вважався досить незначним; трохи більше, ніж анатомічний клейовий папір, що підтримує належні органи, які роблять належну роботу. Але коли обрізалися найсучасніші методи візуалізації, їх розмір і важливість стали зрозумілими.
Зараз вчені запитують, чому це може навчити нас про набряки, фіброз та клопітну здатність раку поширюватися.
В ході досліджень всі знають, що жоден камінь не повинен залишатися на камені. Проте інтерстицій нагадує нам, що їх слід обертати кілька разів і через рівні проміжки часу.
У цій статті ми висвітлюємо деякі знайомі аспекти клітинної біології, які переглядаються і надають незнайомі способи зрозуміти хворобу.
Мікротрубочки: більше, ніж риштування
Через цитоплазму кожної клітини проходить складна мережа білків, яка називається цитоскелет - термін, вперше введений Миколою Костянтиновичем Кольцовим у 1903 р. Однією з основних складових цитоскелета є довгі трубчасті білки, звані мікротрубочками.
Мікротрубочки допомагають підтримувати клітину жорсткою, але вони також відіграють ключову роль у поділі клітини та транспорті сполук навколо цитоплазми.
Дисфункція мікротрубочок пов’язана з нейродегенеративними станами, включаючи два великі: хвороби Паркінсона та Альцгеймера.
Нейрофібрилярні клубки, які є аномально скрученими нитками білка, який називається тау, є однією з ознак Альцгеймера. Зазвичай у поєднанні з молекулами фосфату тау допомагає забезпечити мікротрубочки. Однак у нейронах Альцгеймера білки тау містять у чотири рази більше фосфату, ніж зазвичай.
Гіперфосфорилювання знижує стабільність і швидкість виробництва мікротрубочок, а також може призвести до розбирання мікротрубочок.
Як саме ця зміна у виробництві мікротрубочок призводить до нейродегенерації, до кінця не з’ясовано, але дослідникам цікаво дізнатись, чи може втручання в ці процеси колись допомогти лікувати або запобігати хворобі Альцгеймера.
Проблеми з мікротрубочками не зарезервовані виключно для неврологічних станів. Починаючи з 1990-х років, вчені обговорювали, чи не можуть вони бути в основі клітинних змін, що призводять до серцевого нападу.
Останнє дослідження, яке розглядало це питання, прийшло до висновку, що хімічні зміни в мережі мікротрубочок серцевих клітин робили їх жорсткішими та менш здатними скорочуватися, як слід.
Автори вважають, що розробка препаратів, націлених на мікротрубочки, з часом може бути життєздатним способом "поліпшення серцевої функції".
Поза електростанцією
Якщо ви вивчили лише одне на уроці біології, цілком ймовірно, що "мітохондрії - це двигуни клітини". Вперше побачені у 1800-х роках, сьогоднішні вчені запитують, чи можуть мітохондрії переживати низку захворювань.
Ролі мітохондрій у хворобі Паркінсона приділено найбільшу увагу.
Насправді, протягом багатьох років у розвитку Паркінсона брали участь різні мітохондріальні збої.
Наприклад, можуть виникати проблеми у складних хімічних шляхах, що генерують енергію в мітохондріях, і мутації можуть відбуватися в мітохондріальній ДНК.
Крім того, мітохондрії можуть бути пошкоджені накопиченням активних форм кисню, які утворюються як побічний продукт виробництва енергії.
Але як ці недоліки викликають чіткі симптоми Паркінсона? Зрештою, мітохондрії є практично в кожній клітині людського тіла.
Відповідь, схоже, полягає у типі клітин, уражених Паркінсоном: дофамінергічні нейрони. Ці клітини однозначно сприйнятливі до дисфункції мітохондрій. Частково це, здається, тому, що вони особливо чутливі до окислювальної дії.
Дофамінергічні нейрони також сильно залежать від кальцію - елемента, на якому мітохондрії тримають зв’язок. Без контролю мітохондріального кальцію допамінергічні нервові клітини страждають непропорційно.
Також обговорювалася роль мітохондрій у раку. Злоякісні клітини діляться і розмножуються поза контролем; це енергетично дорого, що робить мітохондрії головними підозрами.
Окрім здатності мітохондрій генерувати енергію для ракових клітин, вони також допомагають клітинам адаптуватися до нових або стресових умов. І, оскільки ракові клітини мають дивовижну здатність переходити з однієї частини тіла в іншу, створити магазин і продовжувати розмножуватися, не роблячи паузи, мітохондрії також є підозрою у зловмисниках.
Окрім Паркінсона та раку, є дані, що мітохондрії також можуть брати участь у розвитку неалкогольної жирової хвороби печінки та деяких захворювань легенів. Нам ще потрібно багато дізнатись про те, як ці працьовиті органели впливають на хвороби.
Наступний рівень мікробіома
Бактеріофаги - це віруси, які атакують бактерії. І, зважаючи на підвищений інтерес до кишкових бактерій, не дивно, що бактеріофаги почали піднімати брови. Якщо бактерії можуть впливати на здоров’я, те, що вбиває їх, напевно, теж може.
Бактерії, присутні у всіх екосистемах на землі, надзвичайно численні. Бактеріофаги, однак, перевищують їх кількість; один автор називає їх "практично всюдисущими".
Вплив мікробіома на здоров’я та хвороби - це заплутана мережа взаємодій, яку ми тільки починаємо розгадувати.
А коли до суміші додають віром - наші постійні віруси - він стає експоненціально лабіринтовим.
Знаючи, наскільки важливі бактерії в хворобі та здоров’ї, потрібно лише невеликий стрибок уяви, щоб розглянути, як бактеріофаги - специфічні для різних штамів бактерій - можуть одного дня бути корисними з медичної точки зору.
Насправді бактеріофаги використовувались для лікування інфекцій у 20-30-х роках. Вони впали в немилість насамперед тому, що на сцені з’явилися антибіотики, які було простіше і дешевше зберігати та виробляти.
Але коли небезпека стійкості до антибіотиків піднімає голову, на карті може бути крок назад до терапії бактеріофагами.
Бактеріофаги також мають перевагу, оскільки є специфічними для однієї бактерії, на відміну від широкого розгортання антибіотиків серед багатьох видів.
Хоча відродження інтересу до бактеріофагів є новим, деякі вже вбачають потенційну роль у боротьбі з "серцево-судинними та аутоімунними захворюваннями, відторгненням трансплантата та раком".
Спустіться на ліпідні плоти
Кожна клітина покрита ліпідною мембраною, яка пропускає та виводить певні хімічні речовини, перекриваючи шляхи інших. Ліпідні мембрани - далеко не простий мішок, заповнений шматочками, - це складні, вкриті білком речовини.
У мембранному комплексі ліпідні плоти - це окремі острови, де збираються канали та інше клітинне обладнання. Точне призначення цих конструкцій гостро обговорюється, але вчені жваво розбираються в тому, що вони можуть означати для ряду захворювань, включаючи депресію.
Недавні дослідження зробили висновок, що розуміння цих регіонів може допомогти нам зрозуміти, як діють антидепресанти.
Білки G - які передають сигнал клітинні комутатори - дезактивуються, коли вони переносяться на ліпідні плоти. Коли їхня активність падає, стрілянина та зв'язок нейронів зменшуються, що теоретично може спричинити деякі симптоми депресії.
З іншого боку медалі було показано, що антидепресанти витісняють білки G назад з ліпідних плотів, тим самим зменшуючи симптоми депресії.
Інші дослідження досліджували потенційну роль ліпідних плотів у стійкості до наркотиків та метастазах при раку підшлункової залози та яєчників, а також когнітивне уповільнення на шляху до хвороби Альцгеймера.
Хоча двошарова структура ліпідної мембрани була вперше виявлена в середині минулого століття, ліпідні плоти є відносно новим доповненням до клітинної родини. Багато питань про їх структуру та функції поки що не отримали відповіді.
Хороші речі бувають у невеликих упаковках
Коротше кажучи, позаклітинні везикули - це крихітні пакети, які переправляють хімічні речовини між клітинами. Вони допомагають спілкуватися та брати участь у таких різноманітних процесах, як коагуляція, клітинне старіння та імунна відповідь.
Оскільки вони несуть повідомлення туди-сюди як частину такого широкого спектру шляхів, не дивно, що у них є потенціал зіпсуватись і вплутатися в хвороби.
Крім того, оскільки вони можуть нести складні молекули, включаючи білки та ДНК, є всі шанси, що вони можуть перевезти специфічні для хвороби матеріали - наприклад, білки, що беруть участь у нейродегенеративних захворюваннях.
Пухлини також виробляють позаклітинні везикули, і, хоча їх роль ще не до кінця зрозуміла, цілком ймовірно, що вони допомагають раку створити магазин у віддалених місцях.
Якщо ми зможемо навчитися читати ці міжклітинні димові сигнали, ми могли б отримати уявлення про безліч процесів хвороби. Теоретично все, що нам потрібно зробити, це натиснути на них і зламати код - що, звичайно, буде монументальним випробуванням.
Нижче згину
Якщо ви брали біологію, то можете згадати приємний для вимови ендоплазматичний ретикулум (ER). Ви також можете пам'ятати, що це взаємопов'язана мережа сплощених мішків всередині цитоплазми, розташованих близько до ядра.
ER - вперше побачений під мікроскопом наприкінці 1800-х - складає білки і готує їх до життя в суворих умовах поза клітини.
Життєво важливо, щоб білки складалися правильно; якщо вони не є, ER не транспортує їх до кінцевого пункту призначення. Під час стресу, коли ЕР працює понаднормово, білки, що складаються або розгорнуті, можуть накопичуватися. Це викликає так звану реакцію розгорнутого білка (UPR).
УПО намагається повернути нормальне функціонування клітин в Інтернет, очищаючи відставання розгорнутого білка. Для цього він запобігає подальшому виробленню білка, розщеплює погано складений білок і активує молекулярні механізми, які можуть допомогти зламатися при деякому згортанні.
Якщо ЕР не вдається повернутись на правильний шлях, а УНП не вдається привести ситуацію з білком клітини у відповідність, клітина позначається смертю апоптозом - різновидом самогубства клітини.
Стрес ЕР та наслідки УНР були пов’язані з цілим рядом захворювань, одним з яких є діабет.
Інсулін виробляється бета-клітинами підшлункової залози, і оскільки продукція цього гормону змінюється протягом доби, тиск на ЕР зростає і падає - це означає, що ці клітини покладаються на ефективну передачу сигналів УПО.
Дослідження показали, що високий рівень цукру в крові підвищує тиск на синтез білка. Якщо УНР не вдається повернути речі в потрібне русло, бета-клітини стають дисфункціональними і гинуть. Коли кількість бета-клітин зменшується, інсулін більше не може створюватися при необхідності, і діабет буде розвиватися.
Це захоплюючі часи для участі в біомедичній науці, і, як доводиться цей короткий огляд, нам ще потрібно багато чому навчитися, і висвітлення старого грунту може бути настільки ж корисним, як і вирізання нових горизонтів.
