Războiul împotriva bolilor: revizuirea vechilor bântuiri
În ciuda fluxului neîntrerupt de descoperiri din știința medicală, o serie de boli de profil înalt încă cercetătorii vulpe. Astăzi, oamenii de știință caută indicii proaspete de-a lungul cărărilor bine călcate.
Pe măsură ce oamenii de știință aprofundează mecanismele care stau sub condiții dificil de tratat, cum ar fi diabetul și boala Alzheimer, ei se îndepărtează de marginile științei, ajungând la fire libere și punându-și degetele în colțuri slab luminate.
Dar pentru că răspunsurile din unghiuri noi nu sunt întotdeauna viitoare, merită să ne dublăm din când în când, deschizând ușile vechi și revăzând fețele familiare.
Recent, de exemplu, a fost „descoperit” un nou organ ascuns la vedere. Interstitiul - un sistem de pungi umplute cu lichid - este acum considerat unul dintre cele mai mari organe ale corpului.
Anterior, se considera că interstițiul era destul de inconsecvent; puțin mai mult decât hârtie cu lipici anatomic care susține organele adecvate care lucrează corect. Dar când tehnicile de imagine de ultimă oră au fost reduse la zero, dimensiunea și importanța acesteia au devenit clare.
Acum, oamenii de știință ne întreabă ce ne poate învăța despre edem, fibroză și capacitatea problematică de răspândire a cancerului.
În cercetare, toată lumea știe că nicio piatră nu trebuie lăsată neîntoarsă. Cu toate acestea, interstițiul ne amintește că ar trebui să fie întoarse de mai multe ori și la intervale regulate.
În acest articol, acoperim câteva aspecte familiare ale biologiei celulare care sunt în curs de revizuire și oferă modalități necunoscute de a înțelege boala.
Microtubuli: Mai mult decât schele
Trecerea prin citoplasma fiecărei celule este o rețea complexă de proteine numită citoschelet, termen inventat pentru prima dată de Nikolai Konstantinovici Koltsov în 1903. Unul dintre constituenții principali ai citoscheletului sunt proteine tubulare lungi, numite microtubuli.
Microtubulii ajută la menținerea celulei rigide, dar joacă și roluri esențiale în diviziunea celulară și transportul compușilor în jurul citoplasmei.
Disfuncția microtubulilor a fost legată de afecțiuni neurodegenerative, inclusiv cele două mari: bolile Parkinson și Alzheimer.
Încurcăturile neurofibrilare, care sunt fire anormale răsucite ale unei proteine numite tau, sunt una dintre caracteristicile Alzheimerului. De obicei, împreună cu moleculele de fosfat, tau ajută la creșterea microtubulilor. Cu toate acestea, în neuronii Alzheimer, proteinele tau transportă până la patru ori mai mult fosfat decât în mod normal.
Hiperfosforilarea reduce stabilitatea și viteza la care sunt fabricate microtubulii și poate provoca și dezasamblarea microtubulilor.
Exact modul în care această modificare a producției de microtubuli duce la neurodegenerare nu este pe deplin înțeles, dar cercetătorii sunt interesați să vadă dacă intervenția în aceste procese poate ajuta într-o zi să trateze sau să prevină boala Alzheimer.
Problemele legate de microtubuli nu sunt rezervate numai pentru afecțiuni neurologice. Din anii 1990, oamenii de știință au discutat dacă ar putea fi la baza schimbărilor celulare care duc la atac de cord.
Cel mai recent studiu care a analizat această întrebare a concluzionat că modificările chimice aduse rețelei de microtubuli ale celulelor cardiace le-au făcut mai rigide și mai puțin capabile să se contracte așa cum ar trebui.
Autorii cred că proiectarea medicamentelor care vizează microtubulii ar putea fi în cele din urmă o modalitate viabilă de „îmbunătățire a funcției cardiace”.
Dincolo de centrală
Dacă ați învățat doar un singur lucru în clasa de biologie, era probabil că „mitocondriile sunt puterile celulei”. Înțelepțiți pentru prima dată în anii 1800, oamenii de știință de astăzi se întreabă dacă mitocondriile ar putea fi în gâfâi cu o serie de boli.
Rolul mitocondriilor în boala Parkinson a primit cea mai mare atenție.
De fapt, de-a lungul anilor, o varietate de eșecuri mitocondriale au fost implicate în dezvoltarea Parkinson.
De exemplu, pot apărea probleme în căile chimice complexe care generează energie în mitocondrii, iar mutațiile pot apărea în ADN-ul mitocondrial.
De asemenea, mitocondriile pot fi deteriorate de o acumulare de specii reactive de oxigen care sunt produse ca un produs secundar al producției de energie.
Dar cum produc aceste deficiențe simptomele distincte ale Parkinson? Mitocondriile se află, la urma urmei, în practic fiecare celulă a corpului uman.
Răspunsul pare să se afle în tipul de celule afectate în Parkinson: neuroni dopaminergici. Aceste celule sunt sensibile în mod unic la disfuncția mitocondrială. În parte, acest lucru pare a fi din cauză că sunt deosebit de sensibili la atacul oxidativ.
Neuronii dopaminergici sunt, de asemenea, puternic dependenți de calciu, un element pe care mitocondriile îl urmăresc. Fără controlul calciului mitocondrial, celulele nervoase dopaminergice suferă disproporționat.
De asemenea, a fost discutat un rol mitocondrial în cancer. Celulele maligne se divid și se reproduc într-o manieră necontrolată; acest lucru este scump din punct de vedere energetic, ceea ce face ca mitocondriile să fie primii suspecți.
Dincolo de capacitatea mitocondriilor de a genera energie pentru celulele canceroase, ele ajută și celulele să se adapteze la medii noi sau stresante. Și, pentru că celulele canceroase au o abilitate extraordinară de a se deplasa dintr-o parte a corpului în alta, de a înființa un magazin și de a continua să se înmulțească fără a face pauze pentru respirație, mitocondriile sunt, de asemenea, răufăcători aici.
Pe lângă Parkinson și cancer, există dovezi că mitocondriile ar putea avea, de asemenea, o contribuție la dezvoltarea bolilor hepatice grase nealcoolice și a unor afecțiuni pulmonare. Mai avem multe de învățat despre modul în care aceste organite harnice influențează boala.
Următorul nivel al microbiomului
Bacteriofagii sunt viruși care atacă bacteriile. Și, odată cu interesul crescut pentru bacteriile intestinale, nu este de mirare că bacteriofagii au început să ridice sprâncenele. Dacă bacteriile pot influența sănătatea, ceva care le omoară cu siguranță poate și el.
Bacteriile, prezente în toate ecosistemele de pe pământ, sunt renumite. Cu toate acestea, bacteriofagii le depășesc; un autor se referă la ei ca „practic omniprezenți”.
Influența microbiomului asupra sănătății și bolilor este o rețea complicată de interacțiuni pe care abia începem să le dezlegăm.
Și când viromul - virusurile noastre rezidente - este adăugat la mix, acesta devine exponențial labirintic.
Știind cât de importante sunt bacteriile în boală și sănătate, este nevoie doar de un mic salt al imaginației pentru a lua în considerare modul în care bacteriofagii - care sunt specifici diferitelor tulpini de bacterii - pot fi într-o bună zi din punct de vedere medical.
De fapt, bacteriofagii au fost folosiți pentru a trata infecțiile în anii 1920 și ’30. Aceștia au căzut în dezacord în primul rând, deoarece antibiotice, care erau mai ușor și mai ieftin de depozitat și de produs, au apărut pe scenă.
Dar, cu riscul de rezistență la antibiotice care își ridică capul, o mișcare înapoi către terapia cu bacteriofagi ar putea fi pe cărți.
Bacteriofagii au, de asemenea, avantajul de a fi specific unei bacterii, spre deosebire de extinderea largă a antibioticelor pe mai multe specii.
Deși reapariția interesului pentru bacteriofagi este nouă, unii văd deja un rol potențial în lupta împotriva „bolilor cardiovasculare și autoimune, a respingerii grefei și a cancerului”.
Așezați în derivă pe plute lipidice
Fiecare celulă este acoperită cu o membrană lipidică care permite anumite substanțe chimice să intre și să iasă în timp ce blochează căile altora. Departe de a fi o simplă pungă plină de biți, membranele lipidice sunt entități complexe, protejate.
În cadrul complexului de membrane, plutele lipidice sunt insule discrete în care se adună canale și alte echipamente celulare. Scopul exact al acestor structuri este extrem de dezbătut, dar oamenii de știință se ocupă cu greu de ceea ce ar putea însemna pentru o serie de condiții, inclusiv depresia.
Investigațiile recente au ajuns la concluzia că înțelegerea acestor regiuni ne-ar putea ajuta să luăm cunoștință de modul în care funcționează antidepresivele.
Proteinele G - care sunt comutatoare celulare care transmit semnal - devin dezactivate atunci când se deplasează în plute lipidice. Când activitatea lor scade, declanșarea neuronală și comunicarea sunt reduse, ceea ce, teoretic, ar putea provoca unele simptome de depresie.
Pe cealaltă față a monedei, s-a demonstrat că antidepresivele mută proteinele G înapoi din plute lipidice, reducând astfel simptomele depresive.
Alte studii au investigat rolul potențial al plutelor lipidice în rezistența la medicamente și metastaze în cancerul pancreatic și ovarian, precum și încetinirea cognitivă pe drumul spre boala Alzheimer.
Deși structura cu două straturi a membranei lipidice a fost descoperită pentru prima dată la mijlocul secolului trecut, plutele lipidice sunt o completare relativ nouă pentru familia celulară. Multe întrebări despre structura și funcția lor sunt, până acum, fără răspuns.
Lucrurile bune vin în pachete mici
Pe scurt, veziculele extracelulare sunt pachete minuscule care transportă substanțe chimice între celule. Acestea ajută la comunicare și joacă un rol în procese la fel de variate precum coagularea, îmbătrânirea celulară și răspunsul imun.
Deoarece poartă mesaje încolo și încolo, ca parte a unei game atât de largi de căi, nu este de mirare că au potențialul de a se strică și de a se încurca în boli.
De asemenea, deoarece pot transporta molecule complexe, inclusiv proteine și ADN, există toate șansele ca acestea să transmită materiale specifice bolii - cum ar fi proteinele implicate în bolile neurodegenerative.
Tumorile produc, de asemenea, vezicule extracelulare și, deși rolul lor nu este încă pe deplin înțeles, este probabil că ajută cancerul să se înființeze în locații îndepărtate.
Dacă putem învăța să citim aceste semnale intercelulare de fum, am putea obține o perspectivă asupra unei nenumărate procese de boală. În teorie, tot ce trebuie să facem este să le atingem și să rupem codul - ceea ce, desigur, va fi o provocare monumentală.
Sub cutie
Dacă ați luat biologie, este posibil să aveți o amintire slabă a reticulului endoplasmic plăcut de pronunțat (ER). S-ar putea să vă amintiți, de asemenea, că este o rețea interconectată de saci aplatizați în citoplasmă, amplasată aproape de nucleu.
ER - zărit mai întâi la microscop la sfârșitul anilor 1800 - pliază proteinele și le pregătește pentru viață în mediul dur din afara celulei.
Este vital ca proteinele să fie pliate corect; dacă nu sunt, ER nu le va transporta la destinația finală. În perioadele de stres, când ER lucrează ore suplimentare, se pot acumula proteine pliate sau derulate. Acest lucru declanșează un așa-numit răspuns proteic desfășurat (UPR).
Un UPR încearcă să readucă online funcționarea celulară normală, eliminând restanța de proteine desfășurate. Pentru a face acest lucru, previne producția suplimentară de proteine, descompune proteinele îndoite prost și activează mașini moleculare care pot ajuta la crăparea cu unele pliuri.
Dacă ER nu reușește să revină pe drumul cel bun și EPU nu reușește să readucă situația proteică a celulei înapoi, celula este marcată de moarte prin apoptoză, un tip de sinucidere celulară.
Stresul ER și consecințele EPU au fost implicate într-o serie de boli, dintre care una este diabetul.
Insulina este fabricată de celulele beta pancreatice și, deoarece producția acestui hormon variază pe parcursul unei zile, presiunea asupra ER crește și scade - ceea ce înseamnă că aceste celule se bazează pe semnalizarea UPR eficientă.
Studiile au arătat că nivelul ridicat de zahăr din sânge exercită o presiune crescută asupra sintezei proteinelor. Dacă UPR nu reușește să recupereze lucrurile, celulele beta devin disfuncționale și mor. Pe măsură ce numărul de celule beta scade, insulina nu mai poate fi creată atunci când este nevoie, iar diabetul se va dezvolta.
Acestea sunt vremuri fascinante pentru a fi implicați în știința biomedicală și, după cum dovedește această scurtă privire, avem încă multe de învățat, iar acoperirea terenurilor vechi poate fi la fel de utilă ca și sculptarea orizonturilor noi.
