W jaki sposób komórki i komórki odpornościowe ludzkiego ciała mogą szybko reagować na fizyczne i chemiczne zmiany w swoim środowisku?
Chociaż mutacje genetyczne mogą powodować zmiany właściwości komórki, mechanizmy niegenetyczne mogą napędzać szybką adaptację w procesie szeroko określanym jako plastyczność komórki. Plastyczność komórek bierze udział w podstawowych procesach biologicznych zdrowie i choroba. Na przykład komórki nowotworowe mogą przejść ze stanu wysoce proliferacyjnego do stanu bardziej inwazyjnego, a tym samym sprzyjać przerzutom raka. Z drugiej strony, podczas stanu zapalnego komórki odpornościowe mogą przekształcić się w komórki, które realizują odpowiedź zapalną i promują naprawę tkanek. Niekontrolowane zapalenie, które wymyka się spod kontroli, może prowadzić do uszkodzenia tkanek i ostatecznie do wstrząsu septycznego.
Grupa z Instytutu Curie w Paryżu znalazła nowego winowajcę tych procesów na poziomie molekularnym; praca, która została niedawno opublikowana w czasopiśmie naukowym Natura.
Naukowcy odkryli, że komórki odpowiedzialne za tworzenie przerzutów lub komórki odpornościowe zaangażowane w zapalenie i szok sceptyczny mają zwiększone ilości miedzi, która jest odpowiedzialna za zmiany w plastyczności komórek. Co ciekawe, miedź jest pobierana do komórek za pośrednictwem białka o nazwie CD44 i kwasu hialuronowego, znanego również jako składnik wielu produktów kosmetycznych. Był już dowód wychwytu metalu przez CD44 w komórkach nowotworowych przez zespół badawczy, opublikowany wcześniej w czasopiśmie Chemia przyrody. CD44 to białko, które było szeroko badane przez dziesięciolecia i znajduje się w wielu typach komórek, w tym w komórkach układu odpornościowego, komórkach nowotworowych, komórkach biorących udział w gojeniu ran, komórkach progenitorowych czerwonych krwinek i wielu innych. Naukowcy wykazali, że miedź pobierana przez CD44 gromadzi się w mitochondriach komórek, które są organellami odpowiedzialnymi za produkcję energii.
Dalsze prace policyjne mające na celu zbadanie podstawowych procesów doprowadziły do odkrycia, że miedź kontroluje metabolizm w tych mitochondriach, tj. ma bezpośredni wpływ na produkcję energii w komórce. To z kolei zmienia poziomy cząsteczek zwanych metabolitami, które wpływają na sposób odczytywania genów w komórce. W szczególności dotyczy to poziomów NAD(H), które są jednymi z najbardziej znanych i najważniejszych metabolitów znanych w ludzkich komórkach. Krótko mówiąc, zmiany te mają wpływ na to, co komórka może robić i jak wyglądać oraz wpływają na jej funkcję.
Ponadto naukowcy opracowali nowy mały lekpodobna do cząsteczki, oparta na metforminie, leku przeciwcukrzycowym, która może blokować te procesy poprzez wiązanie i inaktywację tej miedzi. To z kolei wpływa na produkcję energii w komórce i ostatecznie na jej funkcję. W kontekście komórek odpornościowych naukowcy mogli zatem uzyskać mniej agresywne komórki odpornościowe i tłumić stany zapalne w modelach mysich. Ten nowy prototyp leku może uratować myszy ze wstrząsem septycznym.
Ale to nie było wszystko. Badanie wykazało również, że te podstawowe procesy leżące u podstaw stanu zapalnego występują również w raku, a dokładniej w zdarzeniach molekularnych, które mogą wywołać powstawanie przerzutów! Zatem podejście to mogłoby potencjalnie zostać przyjęte do zwalczania przerzutów. Ponieważ ponad 11 milionów ludzi umiera na świecie z powodu wstrząsu septycznego rocznie, a 90% zgonów z powodu raka jest spowodowanych przerzutami, istnieje obecnie duża nadzieja, że można to rozwinąć w nowe leki, które mogłyby pomóc wielu pacjentom w skali globalnej.
Ogólnie rzecz biorąc, to badanie jest obecnie bardzo obiecujące, zarówno na poziomie podstawowych badań molekularnych, jak i potencjalnych zastosowań klinicznych. Rodzi to również pytanie, ile miedzi jest dla nas dobre?
Źródło: Instytut Curie
