Jedinica za molekularnu neuronauku na Okinavskom institutu za nauku i tehnologiju (OIST) napravila je važan proboj povezujući opstanak i patologiju senzornih neurona sa načinom na koji se RNK (mRNK) transportuju unutar ovih ćelija.
Ovaj tim neurobiologa, sastavljen od dr. student Sara Emad El-Agami, dr Laurent Guillaud i prof. Marco Terenzio, sarađivali su sa prof. Keiko Kono iz OIST-ove Membranološke jedinice i dr Iibo Vu sa Instituta Riken (trenutno na Univerzitetu u Ženevi). Projekat je vodila Sara Emad El-Agami, prvi autor objavljene studije, u okviru svog doktorata.
„Neuroni imaju možda najekstremniju morfologiju među ćelijama, jer mogu da variraju u obliku i da se protežu na velike udaljenosti kod velikih sisara. Na primer, neuroni koji inerviraju nečiju nogu mogu biti duži od jednog metra: mogu imati jezgro blizu kičmenu moždinu, ali osetite peckanje u stopalima ili bol u velikom prstu“, objašnjava prof. Terencio, koji vodi OIST-ovu jedinicu za molekularnu neuronauku.
Neuroni imaju dugačke izbočine, zvane aksoni, unutar kojih putuju molekuli kao što su proteini, RNK i organele. Ovaj oblik transporta, od centra ćelije do periferije i obrnuto, je ćelijski ekvivalent mreže autoputeva i kamiona. Najvažniji „kamioni“ odgovorni za pokretanje „tovara“ od perifernih vrhova neurona do njihovog centra, deo su velikog kompleksa proteina zvanog dinein. Neispravnosti u ovom transportnom sistemu mogu dovesti do nekoliko vrsta neuropatologija.
Dinein je veliki i složen protein, sastavljen od nekoliko podjedinica – ili lanaca – koji su klasifikovani po veličini. „Proučavali smo deo dineinskog kompleksa koji se zove Dinein Roadblock 1, ili skraćeno Dinlrb1. U prethodnim eksperimentima smo pokazali da je ova podjedinica dineina očigledno neophodna za opstanak neurona, ali smo morali da shvatimo kako funkcioniše“, kaže prof Terencio.
Istraživači su želeli da testiraju ideju: ako razmišljamo o dineinu kao o kamionima koji pomeraju teret unutar neurona, mogli bismo da zamislimo da bi Dinlrb1 mogao da utiče na sposobnost „dinein kamiona“ da se kreće ili njegovu sposobnost da nosi teret. Da bi rešio zagonetku, OIST tim je ispitao proteine koji su u interakciji sa ovom podjedinicom dineina.
Među nekoliko interakcijskih proteina, Sara Emad El-Agami se fokusirala na krhki Ks messenger ribonukleoprotein 1 (FMRP), koji je dobro poznat u oblasti neurobiologije jer je povezan sa neurorazvojnim poremećajem (sindrom krhkog Ks) i neurodegenerativnom bolešću ( sindrom krhkog tremora/ataksije povezan sa Ks).
„Posebno je interesantno otkriti da je FMRP deo tereta dineina. FMRP granule se sastoje od dve vrste molekula, proteina i RNK glasnika (mRNA). mRNK je šablon koji ribozomi koriste za pravljenje proteina. Pošto sam zaista zainteresovan za RNK biologija aksona, nisam želeo da propustim priliku da dublje uđem u ovu temu“, objašnjava prof. Terencio.
Istorijski gledano, smatralo se da aksoni nemaju mašineriju za sintezu RNK i proteina, pri čemu se veruje da se većina ovih procesa odvija isključivo u blizini jezgara neurona. Međutim, relativno nedavno istraživanje je otkrilo da aksoni zaista sadrže različite RNK molekule. Pošto bi sinteza proteina u centru ćelije, a zatim isporuka svih ovih proteina do vrhova neurona, poput velikog tereta na kamionima, bila velika investicija energije za dugačke neurone, neuroni šalju mRNK umesto proteina.
„Jedna mRNK može poslužiti kao šablon za proizvodnju nekoliko proteina. Prenošenjem mRNK umesto konačnih proteina, ćelije mogu da sačuvaju značajnu količinu energije, barem u teoriji,“ objašnjava prof. Terencio.
Međutim, Sara je takođe saznala da se FMRP trguje sa periferije u centar. „Uobičajeno se veruje da se za njih trguje iz centra ćelije na periferiju. Činjenica da smo pokazali da se transportuju u suprotnom smeru nas je veoma iznenadila. Ovo je fenomen koji je tek počeo da se opisuje u oblasti i verujem da će to biti važno u budućnosti“, kaže prof. Terencio.
Konačno, tim je takođe otkrio da uklanjanje Dinlrb1 uzrokuje zaustavljanje FMRP-a i akumulaciju u ćelijskim telima i aksonima senzornih neurona. Pošto je mRNA vezana za FMRP zarobljena i ne može da se podvrgne translaciji u proteine, istraživači pretpostavljaju da Dinlrb1 igra vitalnu ulogu u zdravlju neurona. Drugim rečima, oštećenja Dinlrb1 mogu da ometaju proizvodnju esencijalnih proteina, ugrožavajući opstanak neurona.
„Naše sledeće istraživačko pitanje je da razumemo koji proteini se ne mogu proizvesti kada Dinlrb1 ne funkcioniše pravilno ili je odsutan. Podaci koje smo prikupili pomoći će u razumevanju šta podržava preživljavanje neurona i kao produžetak neuronske smrti. Ovo bi se moglo iskoristiti za pronalaženje novih terapijskih pristupa za neurodegenerativne bolesti“, zaključuje prof. Terencio.
