Τα κύτταρα χρησιμοποιούν τη μοριακή τους αρχιτεκτονική για να ρυθμίσουν τις μεταβολικές τους λειτουργίες και η επιδιόρθωση της αρχιτεκτονικής των νοσούντων κυττάρων σε μια πιο υγιή κατάσταση μπορεί επίσης να επιδιορθώσει τον μεταβολισμό, σύμφωνα με μια μελέτη με επικεφαλής ερευνητές της Σχολής Δημόσιας Υγείας T.H. Chan του Χάρβαρντ.
«Η χρόνια μεταβολική νόσος, η οποία περιλαμβάνει την παχυσαρκία, τον διαβήτη και τις καρδιαγγειακές και ηπατικές παθήσεις, είναι το μεγαλύτερο παγκόσμιο πρόβλημα δημόσιας υγείας», δήλωσε ο Gökhan Hotamışlıgil, καθηγητής Γενετικής και Μεταβολισμού. «Ο θεμελιώδης ρυθμιστικός μηχανισμός που ανακαλύψαμε μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αξιολόγηση της ευαισθησίας -ή της αντίστασης- των ατόμων σε μια ασθένεια όπως η παχυσαρκία, και να προσδιοριστεί ποια βήματα, όπως η διατροφή, τα θρεπτικά συστατικά ή η νηστεία, θα μειώσουν, θα εξαλείψουν ή θα επιδεινώσουν αυτές τις καταστάσεις. Μπορούμε να φανταστούμε μια εντελώς νέα σειρά θεραπευτικών στρατηγικών που στοχεύουν στη μοριακή αρχιτεκτονική, παρόμοια με την αποκατάσταση ενός πάσχοντος κτιρίου ή την πρόληψη της υποβάθμισής του».
Η μελέτη δημοσιεύθηκε το 2022 στο περιοδικό Nature.
Η μελέτη συνέκρινε δείγματα ήπατος από υγιή, αδύνατα ποντίκια με δείγματα από παχύσαρκα ποντίκια με λιπώδη ηπατική νόσο. Χρησιμοποιώντας πολλαπλές υπολογιστικές πλατφόρμες -τεχνητή νοημοσύνη, μηχανική μάθηση, βαθιά μάθηση και νευρωνικά δίκτυα- και απεικόνιση υψηλής ανάλυσης χρησιμοποιώντας βελτιωμένη εστιασμένη ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης δέσμης ιόντων, οι ερευνητές δημιούργησαν τρισδιάστατες ανακατασκευές εξειδικευμένων δομών, που ονομάζονται οργανίδια, μέσα στα κύτταρα και έκαναν μια συγκριτική ανάλυση της αρχιτεκτονικής οργανιδίων και της οργάνωσης των ηπατικών κυττάρων από αδύνατα και παχύσαρκα δείγματα. Μέσω αυτών των αναλύσεων, η ερευνητική ομάδα διαπίστωσε ότι η παχυσαρκία οδηγεί σε δραματικές αλλοιώσεις στην υποκυτταρική μοριακή αρχιτεκτονική, ιδιαίτερα στο ενδοπλασματικό δίκτυο (ΕΔ), ένα οργανίδιο που εμπλέκεται στη δημιουργία και τη διαμόρφωση πρωτεϊνών και λιπιδίων.
Στη συνέχεια, η ομάδα αποκατέστησε εν μέρει τη δομή στο ενδοπλασματικό δίκτυο χρησιμοποιώντας τεχνολογίες που μπορούν να επιδιορθώσουν μόρια και πρωτεΐνες που μπορούν να αναδιαμορφώσουν τις κυτταρικές μεμβράνες -οι οποίες επίσης επιδιόρθωσαν τον μεταβολισμό των κυττάρων. Τα αποκατεστημένα κύτταρα φαίνονταν φυσιολογικά, έλεγχαν πολύ καλύτερα τον μεταβολισμό των λιπιδίων και της γλυκόζης και παρέμειναν χωρίς στρες και πιο ευαίσθητα σε ερεθίσματα.
«Το αποτέλεσμα ήταν πραγματικά εντυπωσιακό -όταν η δομή επιδιορθώνεται, επιδιορθώνεται και ο μεταβολισμός του κυττάρου. Αυτό που περιγράφουμε εδώ είναι ένας εντελώς νέος τρόπος ελέγχου του μεταβολισμού μέσω της ρύθμισης της μοριακής αρχιτεκτονικής, η οποία είναι κρίσιμη για την υγεία και τις ασθένειες».
Οι εικόνες που παράγονται από αυτήν την έρευνα είναι επίσης η πιο λεπτομερής απεικόνιση μέχρι σήμερα υποκυτταρικών δομών, ενώ τα κύτταρα παραμένουν άθικτα στο περιβάλλον των ιστών τους. Άλλοι ερευνητές έχουν δημιουργήσει παρόμοια απεικόνιση στο παρελθόν, αλλά κυρίως σε μεμονωμένα κύτταρα ή σε καλλιέργεια.
«Η απεικόνιση υψηλής ανάλυσης και η ανάλυση που βασίζεται στη βαθιά μάθηση μας βοήθησαν να δούμε ότι η δομική ρύθμιση του ενδοκυτταρικού περιβάλλοντος και της αρχιτεκτονικής των οργανιδίων αποτελεί βασικό συστατικό της μεταβολικής προσαρμογής. Η στόχευση αυτής της ρύθμισης μπορεί να προσφέρει θεραπευτικές ευκαιρίες για τη θεραπεία μεταβολικών ασθενειών όπως ο διαβήτης και η λιπώδης ηπατική νόσος».
Για τον Hotamışlıgil, τα γραφικά είναι εκπληκτικά. «Για πρώτη φορά μαγεύτηκα από την πολυπλοκότητα, την ομορφιά και την αρμονία των κατασκευών στον εξαιρετικά πυκνοκατοικημένο εσωτερικό χώρο ενός κυττάρου», είπε. «Είναι σαν να παρακολουθείτε ένα καλλιτεχνικό αριστούργημα ενώ ταξιδεύετε στο κέντρο ενός κυττάρου».
