Pre nekih dve i po hiljade godina, kineski general Sun Cu napisao je u Umetnosti ratovanja: „Upoznaj svog neprijatelja i upoznaj sebe, onda se ne treba plašiti ishoda stotinu bitaka“. A ono što se odnosilo na bojna polja drevne Kine izgleda da se primenjuje i u biomedicinskim istraživanjima.
U slučaju Martina van der Laana, profesora medicinske biohemije na Univerzitetu Saarland, i Aleksandra fon der Malsburga, naučnog saradnika na istom institutu, neprijatelji su nasledni defekti proteina OPA1. OPA1 igra ključnu ulogu u optimizaciji konverzije energije u mitohondrijama, koje se često nazivaju „elektranama“ koje pokreću naše ćelije.
S obzirom na važnost OPA1, defekti u proteinu mogu imati veoma ozbiljne posledice. Na primer, ako OPA1, što znači „optička atrofija 1“, ne funkcioniše kako treba, mogu nastati ozbiljne degenerativne bolesti. U mnogim od ovih slučajeva primarno je zahvaćen optički nerv i pacijenti sa mitohondrijalnom disfunkcijom povezanom sa OPA1 često gube vid.
Ali donedavno proučavanje ovih defektnih OPA1 proteina pokazalo se izuzetno izazovnim, delom zato što je znanje o funkcionalnosti čak i zdravog OPA1 još uvek bilo fragmentarno. Pojedinačni proteini su po svojoj prirodi daleko manji od sićušnih ćelijskih pregrada u kojima su aktivni i stoga ih nije lako posmatrati.
Međutim, nedavno su istraživači sa Univerziteta u Kaliforniji uspeli da naprave prve slike OPA1 koristeći krioelektronsku mikroskopiju visoke rezolucije. Pokazali su ove slike profesoru van der Laanu i njegovom timu u Homburgu, pošto grupa uživa odličnu globalnu reputaciju u oblasti istraživanja mitohondrija. Pažljiva analiza novih podataka o slici dala je prve naznake o tome kako bi OPA1 mogao da funkcioniše.
Ključni napredak došao je od Aleksandra fon der Malsburga, koji je uspeo da uspostavi prvi ćelijski sistem na svetu za proučavanje funkcije ljudskog OPA1. Martin van der Laan je pohvalio „veoma pametno i elegantno rešenje problema“ svog kolege, a stečeni uvidi se sada objavljuju u časopisu Nature.
Do sada se na OPA1 gledalo kao na težak protein za naučno proučavanje jer se javlja u različitim oblicima i ponaša se na veoma dinamičan način. Nekoliko aspekata funkcionalnosti OPA1 je prethodno razjašnjeno proučavanjem posebno pripremljenih mišjih ćelija stvorenih od embrionalnih matičnih ćelija u složenoj proceduri.
Ali i dalje su postojali aspekti koji su izgledali nedosledni ili kontradiktorni i mnogo toga što je bilo potpuno nepoznato. Pametnim kombinovanjem i poboljšanjem niza genetskih i biohemijskih metoda, Alekander von der Malsburg je uspeo da ukroti ljudski protein OPA1 i učini ga lakšim za precizna naučna ispitivanja. Prema van der Laanu, fon der Malsburg je odlično savladao „tehnički izuzetno izazovan“ zadatak.
OPA1 protein snažno utiče na efikasnost proizvodnje energije u ćelijskim mitohondrijama i stoga igra posebno važnu ulogu u određivanju performansi ćelije. OPA1 osigurava da se zdrave mitohondrije mogu spojiti jedna sa drugom i tako koncentrisati svoje snage, dok se defektne mitohondrije odbacuju. Mitohondrijalna fuzija se pokreće kada se protein OPA1 veže na unutrašnju membranu mitohondrija, otvarajući membranu na kontrolisan i lokalizovan način.
Ako susedne mitohondrije budu modifikovane na ovaj način, one se mogu spojiti jedna sa drugom i tako optimizovati mitohondrijalnu funkcionalnost u ćeliji. Međutim, ako je fuzija mitohondrija inhibirana zbog, na primer, genetskog nedostatka koji rezultira proizvodnjom defektnog OPA1, to može ozbiljno uticati na metabolizam energije mitohondrija i, sa starenjem, sa sobom donosi rizik od teških degenerativnih bolesti.
„Postoje desetine različitih varijanti neispravnog OPA1“, objasnio je Martin van der Laan. Precizno znanje o tome kako protein OPA1 deluje i sposobnost da se sprovedu eksperimentalne simulacije neispravnog OPA1 mogu potencijalno pomoći mnogim pacijentima u budućnosti.
Dakle, kako funkcioniše OPA1? „Radeći sa našim američkim partnerima, otkrili smo da se OPA1 u početku vezuje za unutrašnju membranu kao stopalo sa strukturom nalik na kandže, a zatim podiže ‘petu’ stopala“, rekao je Aleksandar fon der Malsburg. Ovaj mehanizam izvlači komad iz omotača membrane na način koji nije drugačiji od načina na koji vadičep sa polugom podiže čep iz grla boce vina.
Dokaz da je ovaj mehanizam ključan za funkcionalnost OPA1 na kraju je postignut manipulacijom gena koji sadrži nacrt za proizvodnju proteina OPA1. Istraživački tim je uspeo da prokrijumčari modifikovane genetske nacrte u zdrave ljudske ćelije tako da su počeli da stvaraju defektne varijante umesto zdravog OPA1. „Posle nekog vremena, počeli smo da primećujemo da je mehanizam snabdevanja ćelija energijom poremećen i da fuzija mitohondrija ne funkcioniše“, objasnio je Aleksander fon der Malsburg.
On je opisao šta su pronašli pod mikroskopom: „Bilo je očigledno da struktura nalik na kandže u potpunosti nedostaje u genetski manipulisanoj verziji. Manipulisani protein OPA1 sada više nije bio u stanju da otvori membranu, u suštini sprečavajući mitohondrijalnu fuziju – protein je efikasno zamenio ćelijske uloge: od ključnog saveznika do opasnog protivnika.
„Ovo je fundamentalni mehanizam koji utiče na brojne varijante neispravnog OPA1“, rekao je profesor Martin van der Laan. „I sada imamo sredstva da proučavamo sve ove varijante pojedinačno.“ Ovi novi rezultati istraživanja mogli bi da pomognu da se otvori put ka prilagođenim terapijskim rešenjima za pacijente koji se razbole zbog gubitka funkcije OPA1.
Već je moguće izvršiti genetska ispitivanja pacijenata kako bi se utvrdilo koji od mnogih poznatih OPA1 defekata imaju. Van der Laan je sumirao obim rada na sledeći način: „Sa ovim novim, mnogo poboljšanim razumevanjem proteina OPA1, nadamo se da će u budućnosti pacijenti moći da primaju tretmane koji su usmereni na specifični osnovni proteinski defekt.“
Otkrivajući mehanizam kojim defekti u proteinu OPA1 dovode do mitohondrijalne disfunkcije, Aleksandar fon der Malsburg i Martin van der Laan su ispoštovali prvi deo čuvene izreke Sun Cua „Upoznaj svog neprijatelja“. I nakon tako uspešne saradnje, verovatno je pošteno reći da i oni sebe podjednako dobro poznaju. Pošto su u suštini ispunili oba dela Sun Cuove maksime, istraživači izgledaju dobro pripremljeni za sledećih stotinu istraživačkih bitaka sa nefunkcionalnim varijantama OPA1.
