Войната с болестите: Преразглеждане на старите обитатели
Въпреки непрекъснатия поток от открития на медицинската наука, редица известни болести все още са изследователи на лисици. Днес учените търсят нови улики по добре утъпкани пътеки.
Докато учените се задълбочават в механизмите, които се крият под трудно лечими състояния като диабет и болестта на Алцхаймер, те се отдалечават по краищата на науката, посягайки към хлабави нишки и пъхайки пръсти в слабо осветени кътчета.
Но тъй като отговорите от нови ъгли не винаги се получават, си струва да се удвоявате от време на време, отваряйки стари врати и преразглеждайки познати лица.
Наскоро например беше открит нов орган, който се криеше на очите. Интерстициумът - система от пълни с течност торбички - сега се счита за един от най-големите органи в тялото.
Преди това интерстициумът се смяташе за доста без значение; малко повече от анатомична лепилна хартия, поддържаща правилните органи, които вършат правилна работа. Но когато най-новите техники за изобразяване бяха нулирани, неговият размер и значение станаха ясни.
Сега учените питат на какво може да ни научи той за оток, фиброза и неприятната способност на рака да се разпространява.
При изследванията всички знаят, че не бива да се оставя камък. Интерстициумът обаче ни напомня, че те трябва да се обръщат няколко пъти и на равни интервали.
В тази статия ние обхващаме някои познати аспекти на клетъчната биология, които се преразглеждат и предоставят непознати начини за разбиране на болестта.
Микротубули: Повече от скеле
През цитоплазмата на всяка клетка протича сложна мрежа от протеини, наречена цитоскелет, термин, създаден за първи път от Николай Константинович Колцов през 1903 г. Един от основните компоненти на цитоскелета са дълги, тръбни протеини, наречени микротубули.
Микротубулите помагат на клетката да бъде твърда, но те също така играят ключова роля в клетъчното делене и транспорта на съединенията около цитоплазмата.
Дисфункцията на микротубулите е свързана с невродегенеративни състояния, включително големите две: болестта на Паркинсон и Алцхаймер.
Неврофибриларните заплитания, които са необичайно усукани нишки на протеин, наречен тау, са един от отличителните белези на Алцхаймер. Обикновено, заедно с фосфатни молекули, tau помага да се осигурят микротубули. В невроните на Алцхаймер обаче тау протеините носят до четири пъти повече фосфат от нормалното.
Хиперфосфорилирането намалява стабилността и скоростта, с която се произвеждат микротубулите, а също така може да доведе до разглобяване на микротубулите.
Как точно тази промяна в производството на микротубули води до невродегенерация, не е напълно изяснено, но изследователите се интересуват от това дали намесата в тези процеси може един ден да помогне за лечението или предотвратяването на болестта на Алцхаймер.
Проблемите с микротубулите не са запазени само за неврологични заболявания. От 90-те години насам учените обсъждат дали те може да са в основата на клетъчните промени, които водят до инфаркт.
Последното проучване, което разглежда този въпрос, заключава, че химическите промени в мрежата на микротубулите на сърдечните клетки ги правят по-твърди и по-малко способни да се свиват, както би трябвало.
Авторите вярват, че проектирането на лекарства, насочени към микротубули, в крайна сметка може да бъде жизнеспособен начин за „подобряване на сърдечната функция“.
Отвъд електроцентралата
Ако сте научили само едно нещо в часовете по биология, вероятно е „митохондриите са силовите клетки на клетката“. За първи път зърнати през 1800-те години, днешните учени питат дали митохондриите може да са в сговор с редица заболявания.
Ролята на митохондриите при болестта на Паркинсон е получила най-голямо внимание.
Всъщност, през годините, различни митохондриални неуспехи са били замесени в развитието на Паркинсон.
Например могат да възникнат проблеми в сложните химически пътища, които генерират енергия в митохондриите, и могат да възникнат мутации в митохондриалната ДНК.
Също така, митохондриите могат да бъдат повредени от натрупването на реактивни кислородни видове, които се произвеждат като страничен продукт от производството на енергия.
Но как тези недостатъци пораждат отчетливите симптоми на Паркинсон? Митохондриите в края на краищата са почти във всяка клетка на човешкото тяло.
Изглежда, че отговорът се крие във вида на засегнатите клетки при Паркинсон: допаминергични неврони. Тези клетки са уникално податливи на митохондриална дисфункция. Отчасти това изглежда е така, защото те са особено чувствителни към окислителна атака.
Допаминергичните неврони също са силно зависими от калция, елемент, който митохондриите следят. Без контрол на митохондриалния калций, допаминергичните нервни клетки страдат непропорционално.
Обсъдена е и ролята на митохондриите при рака. Злокачествените клетки се делят и репликират по неконтролируем начин; това е енергийно скъпо, което кара митохондриите да бъдат заподозрени.
Освен способността на митохондриите да генерират енергия за раковите клетки, те също помагат на клетките да се адаптират към нова или стресова среда. И тъй като раковите клетки имат необичайна способност да се придвижват от една част на тялото в друга, да създават магазини и да продължават да се размножават, без да спират за дъх, и тук митохондриите са заподозрени злодеи.
Освен Паркинсон и рак, има доказателства, че митохондриите също могат да участват в развитието на безалкохолна мастна чернодробна болест и някои белодробни заболявания. Все още имаме много да научим за това как тези трудолюбиви органели влияят на болестта.
Следващото ниво на микробиома
Бактериофагите са вируси, които атакуват бактериите. И с повишения интерес към чревните бактерии, не е изненадващо, че бактериофагите започнаха да повдигат вежди. Ако бактериите могат да повлияят на здравето, нещо, което ги убива, със сигурност също може.
Бактериите, присъстващи във всички екосистеми на земята, са много известни. Бактериофагите обаче са повече от тях; един автор ги нарича „практически вездесъщи“.
Влиянието на микробиома върху здравето и болестите е заплетена мрежа от взаимодействия, които тепърва започваме да разплитаме.
И когато virome - нашите пребиваващи вируси - се добави към сместа, той става експоненциално лабиринт.
Знаейки колко важни са бактериите за болестта и здравето, е необходим само малък скок на въображението, за да се помисли как бактериофагите, които са специфични за различни щамове бактерии, един ден могат да бъдат полезни от медицинска гледна точка.
Всъщност бактериофагите са били използвани за лечение на инфекции през 20-те и 30-те години. Те изпаднаха в немилост преди всичко, защото на сцената се появиха антибиотици, които бяха по-лесни и по-евтини за съхранение и производство.
Но с опасността от антибиотична резистентност, която повдига главата си, на картите може да има връщане към терапия с бактериофаги.
Бактериофагите също имат предимството да бъдат специфични за една бактерия, за разлика от широкото разпространение на антибиотиците в много видове.
Въпреки че възраждането на интереса към бактериофагите е ново, някои вече виждат потенциална роля в борбата срещу „сърдечно-съдови и автоимунни заболявания, отхвърляне на присадката и рак“.
Спрете на липидни салове
Всяка клетка е покрита с липидна мембрана, която позволява на някои химикали да влизат и излизат, докато блокират пътищата на другите. Липидните мембрани далеч не са обикновена торба, пълна с битове, са сложни, протеинови образувания.
В мембранния комплекс липидните салове са отделни острови, където се събират канали и друго клетъчно оборудване. Точната цел на тези структури се обсъжда бурно, но учените активно се справят с това, което биха могли да означават за редица състояния, включително депресия.
Неотдавнашните разследвания стигнаха до заключението, че разбирането на тези региони може да ни помогне да се справим с начина, по който действат антидепресантите.
G протеините - които са предаващи сигнал клетъчни превключватели - се деактивират, когато се отклонят в липидни салове. Когато тяхната активност спадне, стрелбата на невроните и комуникацията намаляват, което теоретично може да причини някои симптоми на депресия.
От другата страна на монетата е показано, че антидепресантите изместват G протеините обратно от липидните салове, като по този начин намаляват симптомите на депресия.
Други проучвания са изследвали потенциалната роля на липидните салове в лекарствената резистентност и метастази при рак на панкреаса и яйчниците, както и когнитивното забавяне по пътя към болестта на Алцхаймер.
Въпреки че двуслойната структура на липидната мембрана е открита за първи път в средата на миналия век, липидните салове са сравнително ново допълнение към клетъчното семейство. Много въпроси относно тяхната структура и функция все още не са получили отговор.
Хубавите неща се предлагат в малки опаковки
Накратко, извънклетъчните везикули са малки опаковки, които пренасят химикали между клетките. Те помагат да общуват и да играят роля в процеси, различни като коагулация, клетъчно стареене и имунен отговор.
Тъй като те носят послания насам-натам като част от толкова широк спектър от пътища, не е чудно, че те имат потенциала да се объркат и да бъдат въвлечени в болести.
Освен това, тъй като те могат да носят сложни молекули, включително протеини и ДНК, има всички шансове те да прехвърлят специфични за болестта материали - като протеините, участващи в невродегенеративни заболявания.
Туморите също произвеждат извънклетъчни везикули и, въпреки че тяхната роля все още не е напълно изяснена, е вероятно те да помогнат на рака да създаде магазин в отдалечени места.
Ако успеем да се научим да четем тези междуклетъчни димни сигнали, бихме могли да придобием представа за безброй болестни процеси. На теория всичко, което трябва да направим, е да се докоснем до тях и да нарушим кода - което, разбира се, ще бъде монументално предизвикателство.
Под гънката
Ако сте взели биология, може да си спомните мрачно за приятния за произнасяне ендоплазмен ретикулум (ER). Можете също така да си спомните, че това е взаимосвързана мрежа от сплескани торбички в цитоплазмата, сгушени близо до ядрото.
ER - за пръв път зърнат под микроскоп в края на 1800 г. - сгъва протеините и ги подготвя за живот в суровата среда извън клетката.
Жизненоважно е протеините да се сгъват правилно; ако не са, спешната помощ няма да ги транспортира до крайната им дестинация. По време на стрес, когато ER работи извънредно, могат да се натрупат неправилно сгънати или разгънати протеини. Това предизвиква т. Нар. Разгънат протеинов отговор (UPR).
UPR се опитва да върне нормалното клетъчно функциониране обратно онлайн, като изчиства изоставането от разгънатия протеин. За целта той предотвратява по-нататъшното производство на протеини, разгражда лошо сгънатия протеин и активира молекулярни механизми, които могат да помогнат да се пропукат при някои сгъвания.
Ако ER не успее да се върне в релси и UPR не успее да приведе клетъчната протеинова ситуация обратно в съответствие, клетката е маркирана за смърт чрез апоптоза, вид клетъчно самоубийство.
ER стресът и последвалият UPR са замесени в редица заболявания, едно от които е диабетът.
Инсулинът се произвежда от бета-клетки на панкреаса и тъй като производството на този хормон варира в рамките на един ден, натискът върху ER нараства и спада - което означава, че тези клетки разчитат на ефективно UPR сигнализиране.
Проучванията показват, че високата кръвна захар оказва повишен натиск върху синтеза на протеини. Ако UPR не успее да върне нещата в релси, бета клетките стават нефункционални и умират. С намаляването на броя на бета клетките инсулинът вече не може да се създава, когато е необходимо, и диабетът ще се развие.
Това са очарователни времена за участие в биомедицинската наука и както доказва този кратък поглед, имаме още много да научим и покриването на старата земя може да бъде също толкова полезно, колкото и изрязването на нови хоризонти.
