Istraživači sa Univerziteta u Mičigenu otkrili su da je isti ćelijski mehanizam uključen u oblik cistične fibroze takođe uključen u oblik retke bolesti zvane cistinoza.
Mehanizam čisti mutirane proteine. Kod cistinoze, genetske bolesti, ovo omogućava da se kristali cistina nagomilaju u ćeliji. Ovo narušava ćeliju i na kraju poremeti tkiva i na kraju organe, posebno bubrege i oči.
Problem počinje kada lizozom, organela unutar ćelije, nije u stanju da radi svoj posao. Često nazivan centrom za reciklažu ćelije, lizozom uzima ćelijsko smeće, razlaže ga na ćelijske gradivne blokove za višekratnu upotrebu, a zatim transportuje te materijale nazad u ćeliju.
Ali kada protein koji prenosi jednu od recikliranih aminokiselina nazad u ćeliju mutira i pokvari, ćelijski mehanizam čisti neispravan protein, dozvoljavajući aminokiselini, ili cistinu, da se nakupi u lizozomu.
Nalazi studije su sada objavljeni u Journal of Clinical Investigation.
„Ako se cistinoza ne leči u ranom uzrastu, neki od efekata su nepovratni i mogu uključivati poremećeni rast, otkazivanje bubrega i neurološke probleme“, rekao je Varsha Venkatarangan, diplomirani student na Odseku za molekularnu, ćelijsku i razvojnu biologiju U-M i glavni autor studija.
„Obično se leče simptomi bolesti, a ne osnovni problem. Zato smo se pitali šta bi mogao biti mogući ćelijski mehanizam ove bolesti.“
Venkatarangan je radio sa fibroblastima, ćelijama kožnog tkiva dobijenim od pacijenata sa bolešću. Koristeći ove ćelije, ona je utvrdila da ovaj mehanizam bolesti nazvan degradacija povezana sa endoplazmatskim retikulumom, ili ERAD, razgrađuje mutiranu verziju lizozomskog cistinskog transportera.
ERAD je isti mehanizam iza drugih bolesti kao što je glavni oblik cistične fibroze. I pošto je ovaj mehanizam identifikovan, istraživači su uspeli da pokažu da su prethodno identifikovani molekuli leka bili u stanju da pomognu da protein transportera ostane stabilan.
„Ovaj molekul leka je mala hemikalija koja na neki način može pomoći savijanju proteina mutanta i zaštititi ga od razgradnje“, rekao je profesor MCDB Ming Li. „Ovaj hemijski pratilac pomaže mu da postigne pravu formaciju tako da može biti funkcionalan.“
Laboratorija, koju je predvodio Li, zainteresovala se za protein koji prenosi cistin i želela je da razume kako mutacije u genu transportera izazivaju cistinozu. Oni su mukotrpno prikupili skoro 40 mutacija koje su izazvale cistinozu i proučavali njihovu stabilnost proteina. Istraživači su identifikovali jednu upečatljivu mutaciju koja je imala veoma kratak poluživot u poređenju sa ne-mutiranim oblikom proteina.
„Bili smo zainteresovani za činjenicu da se ovaj mutant bolesti tako brzo razgrađuje, koji je potencijalni mehanizam kojim se degradira i koja je mašina uključena“, rekao je Venkatarangan.
Tako je Venkatarangan izvršio brojne genetske i hemijske testove kako bi inhibirao različite mašinerije za degradaciju proteina u ćeliji, sužavajući koji ćelijski mehanizam je bio uključen u bolest. Utvrdila je da je mehanizam ERAD, ćelijski put koji se nalazi u ćelijskom endoplazmatskom retikulumu. Endoplazmatski retikulum ćelije je mreža sićušnih cevi i listova koji pomažu da se proteini ćelije transportuju do njihovog odredišta. ERAD cilja na pogrešno savijene proteine i označava ih za degradaciju proteina.
Pošto je ovo opšte poznat mehanizam bolesti, uključen u cističnu fibrozu, molekuli leka su već identifikovani da zaobiđu ERAD mehanizam i produže život proteina. Ovi molekuli lekova, rekao je Li, nazivaju se hemijskim pratiocima i pomažu proteinu da postigne pravu formaciju kako bi mogli da budu funkcionalni.
„Ovaj mali hemijski pratilac može nekako magično – ne znamo tačan mehanizam – da se veže za našeg mutanta i zaštiti protein od razgradnje“, rekao je Li.
Istraživači su uspeli da stabilizuju protein i utvrde da je on na pravoj lokaciji gde bi mogao da funkcioniše da prenosi aminokiseline iz lizozoma, ali su tada morali da utvrde da li je transporter još uvek funkcionalan. Izvodeći test u saradnji sa UCSD, istraživači su izmerili koncentraciju cistina u lizozomu. Sa funkcionalnim transporterom, lizozom bi imao manje količine aminokiselina.
„Smanjenje je bilo prilično dramatično – skoro 70% smanjenja nivoa akumulacije“, rekao je Li. „To je direktno dovelo sistemski nivo do skoro normalnog. Ako bismo zaista koristili ovaj hemijski pratilac za lečenje pacijenata, moguće je da bismo direktno mogli da smanjimo akumulaciju cistina u lizozomu.“
Ljudi se mogu zapitati zašto mehanizam bolesti koji se nalazi u endoplazmatskom retikulumu može uticati na funkciju proteina membrane lizozoma, rekao je Li. To je zato što se proteini membrane lizozoma transportuju iz endoplazmatskog retikuluma.
Dok se lizozom gradi, potrebno mu je mnogo prometnih proteina. Ovi lizozomalni proteini prolaze kroz endoplazmatski retikulum, a zatim kroz Golgijev aparat, koji pakuje proteine i šalje ih u lizozom. Tokom trgovine proteinima, moraju se pravilno savijati. U suprotnom, sistemi kontrole kvaliteta proteina kao što je ERAD će ih prerano razgraditi.
Ovi mutantni proteini nestaju u ranoj fazi trgovine ljudima, otkrili su istraživači, nakon što su se zaglavili i degradirali u endoplazmatskom retikulumu.
U pronalaženju nove svrhe za lek koji je već u upotrebi, tim je takođe ispunio cilj programa u Nacionalnom institutu za zdravlje koji podstiče pronalaženje novih upotreba za već odobrene lekove jer to dovodi do bržih terapija. Međutim, tim naglašava da je posao preliminaran, urađen samo u kultivisanim ćelijama pacijenata, a lek nije testiran za lečenje cistinoze kod životinja ili ljudi.
„Opet, ovo je preliminarni rad koji je obavljen u ćelijama pacijenata, tako da mi zapravo ne znamo sistemski efekat ili koliko dobro funkcioniše kod stvarnih pacijenata“, rekao je Venkatarangan. „Naš nalaz takođe naglašava važnost precizne medicine, jer se većinu vremena mutacije bolesti tretiraju na sličan način.“
„Ali činjenica da pojedinačne mutacije zapravo mogu imati svoj mehanizam patogeneze naglašava da bi im razumevanje mehanizma pojedinačnog pacijenta moglo pomoći u boljoj strategiji lečenja.“
