Μια τοξική πρωτεΐνη σχηματίζει δυναμικούς πόρους στις μεμβράνες των εγκεφαλικών κυττάρων και αυτό μπορεί να είναι το κλειδί για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο αναπτύσσεται η νόσος Πάρκινσον. Αυτό είναι το συμπέρασμα μιας νέας μελέτης από το Πανεπιστήμιο Aarhus, όπου οι ερευνητές έχουν αναπτύξει μια προηγμένη μέθοδο για την παρακολούθηση μοριακών επιθέσεων σε πραγματικό χρόνο.
Η νόσος Πάρκινσον συχνά ξεκινά ανεπαίσθητα. Ένα ελαφρύ τρέμουλο στο χέρι. Λίγη δυσκαμψία. Αλλά με την πάροδο του χρόνου, τα εγκεφαλικά κύτταρα αρχίζουν να πεθαίνουν και τα συμπτώματα επιδεινώνονται. Η αιτία παρέμεινε για πολύ καιρό μυστήριο αλλά οι επιστήμονες μπορεί τώρα να βρίσκονται ένα βήμα πιο κοντά σε μια εξήγηση.
Στο επίκεντρο της προσοχής βρίσκεται η πρωτεΐνη α-συνουκλεΐνη, η οποία παίζει ρόλο στην επικοινωνία μεταξύ κυττάρων στον υγιή εγκέφαλο. Στη νόσο Πάρκινσον, ωστόσο, αρχίζει να συμπεριφέρεται ανώμαλα και συσσωματώνεται σε τοξικές δομές.
Μέχρι τώρα, οι περισσότερες έρευνες είχαν επικεντρωθεί στα μεγάλα συσσωματώματα γνωστά ως ινίδια, τα οποία είναι ορατά στον εγκεφαλικό ιστό ασθενών με νόσο του Πάρκινσον. Αλλά μια νέα μελέτη επικεντρώνεται σε μικρότερες, λιγότερο κατανοητές και πιο τοξικές δομές: ολιγομερή α-συνουκλεΐνης. Σύμφωνα με τους ερευνητές, αυτές είναι που ανοίγουν μικροσκοπικές οπές στις μεμβράνες των νευρικών κυττάρων.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο περιοδικό ACS Nano, που εκδίδεται από την Αμερικανική Χημική Εταιρεία.
Μικροσκοπικές περιστρεφόμενες πόρτες στα κύτταρα
«Είμαστε οι πρώτοι που παρατηρούμε άμεσα πώς αυτά τα ολιγομερή σχηματίζουν πόρους και πώς συμπεριφέρονται οι πόροι», λέει η Mette Galsgaard Malle, μεταδιδακτορική ερευνήτρια τόσο στο Πανεπιστήμιο Aarhus όσο και στο Πανεπιστήμιο Harvard.
Η διαδικασία εκτυλίσσεται σε τρία βήματα. Πρώτον, τα ολιγομερή προσκολλώνται στη μεμβράνη, ειδικά σε καμπύλες περιοχές. Στη συνέχεια, εισέρχονται εν μέρει στη μεμβράνη. Τέλος, σχηματίζουν έναν πόρο που επιτρέπει στα μόρια να περάσουν και ενδεχομένως να διαταράξουν την εσωτερική ισορροπία του κυττάρου.
Αλλά αυτές δεν είναι στατικές οπές. Οι πόροι ανοίγουν και κλείνουν συνεχώς σαν μικροσκοπικές περιστρεφόμενες πόρτες. «Αυτή η δυναμική συμπεριφορά μπορεί να βοηθήσει στην εξήγηση γιατί τα κύτταρα δεν πεθαίνουν αμέσως», λέει ο Bo Volf Brøchner, διδακτορικός φοιτητής και πρώτος συγγραφέας της μελέτης. «Εάν οι πόροι παρέμεναν ανοιχτοί, τα κύτταρα πιθανότατα θα κατέρρεαν πολύ γρήγορα. Αλλά επειδή ανοίγουν και κλείνουν, οι ίδιες οι αντλίες του κυττάρου θα μπορούσαν να αντισταθμίσουν προσωρινά».
Αυτή είναι η πρώτη φορά που παρατηρείται τέτοια δυναμική πόρων σε πραγματικό χρόνο. Αυτό κατέστη δυνατό χάρη σε μια πρόσφατα αναπτυγμένη πλατφόρμα ανάλυσης ενός κυστιδίου που επιτρέπει στους ερευνητές να παρακολουθούν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ μεμονωμένων πρωτεϊνών και μεμονωμένων κυστιδίων.
Τα κυστίδια είναι μικρές τεχνητές φυσαλίδες που μιμούνται τις κυτταρικές μεμβράνες και χρησιμεύουν ως απλοποιημένα μοντέλα πραγματικών κυττάρων. «Είναι σαν να παρακολουθείτε μια μοριακή ταινία σε αργή κίνηση», εξηγεί η Mette Galsgaard Malle. «Όχι μόνο μπορούμε να δούμε τι συμβαίνει, μπορούμε επίσης να ελέγξουμε πώς διαφορετικά μόρια επηρεάζουν τη διαδικασία. Αυτό καθιστά την πλατφόρμα ένα πολύτιμο εργαλείο για τον έλεγχο φαρμάκων».
Μακρύς δρόμος προς τη θεραπεία
Στην πραγματικότητα, η ομάδα έχει ήδη δοκιμάσει νανοσώματα -μικρά θραύσματα αντισωμάτων- που αναπτύχθηκαν για να συνδέονται ειδικά με αυτά τα ολιγομερή. Δείχνουν πολλά υποσχόμενα ως εξαιρετικά επιλεκτικά διαγνωστικά εργαλεία. Ωστόσο, ως θεραπεία, υπάρχει ακόμη δρόμος να διανυθεί.
«Τα νανοσώματα δεν εμπόδισαν τον σχηματισμό πόρων», λέει ο Bo Volf Brøchner. «Αλλά μπορούν να βοηθήσουν στην ανίχνευση ολιγομερών σε πολύ πρώιμα στάδια της νόσου. Αυτό είναι κρίσιμο, καθώς η νόσος του Πάρκινσον συνήθως διαγιγνώσκεται μόνο μετά από σημαντική νευρωνική βλάβη».
Η μελέτη δείχνει επίσης ότι οι πόροι δεν σχηματίζονται τυχαία. Τείνουν να εμφανίζονται σε συγκεκριμένους τύπους μεμβρανών -ειδικά σε εκείνους που μοιάζουν με τις μεμβράνες των μιτοχονδρίων, τα εργοστάσια ενέργειας του κυττάρου. Αυτό θα μπορούσε να υποδηλώνει ότι η βλάβη ξεκινά εκεί.
Ωστόσο, οι ερευνητές τονίζουν ότι η μελέτη διεξήχθη σε μοντέλα συστημάτων -όχι σε ζωντανά κύτταρα. Το επόμενο βήμα θα είναι η αναπαραγωγή των ευρημάτων σε βιολογικούς ιστούς, όπου παίζουν ρόλο πιο σύνθετοι παράγοντες.
«Δημιουργήσαμε μια καθαρή πειραματική διάταξη όπου μπορούμε να μετρήσουμε ένα πράγμα τη φορά. Αυτή είναι η δύναμη αυτής της πλατφόρμας», λέει η Mette Galsgaard Malle. «Αλλά τώρα πρέπει να κάνουμε το επόμενο βήμα και να διερευνήσουμε τι συμβαίνει σε πιο σύνθετα βιολογικά συστήματα».
