Staré a poškozené bílkoviny mohou v lidském těle v krajních případech způsobovat problémy vedoucí až k rozvoji Alzheimerovy a Parkinsonovy choroby či nádorových onemocnění. Tým vědců z Univerzity Palackého v Olomouci a Masarykova onkologického ústavu v Brně nyní přišel s převratnou metodou, jak procesy v těchto proteinech sledovat a zkoumat prostřednictvím cíleného poškozování za využití nanočástic stříbra a laserového paprsku. Objev ocenil i významný vědecký časopis Nature Communications, který výsledky studie publikoval minulý pátek.
Bílkoviny neboli proteiny jsou základní stavební kameny živých organismů. Vznikají v buňkách přísně kontrolovaným způsobem během procesu translace, kdy je z jednotlivých genů přečtena, přepsána a přeložena informace do dlouhého řetězce aminokyselin. Výsledkem jsou proteinové struktury nejrůznějších vlastností – krevním barvivem vázajícím kyslík počínaje, pevným rohem nosorožce konče.
Proteiny nejsou věčné, mají pouze dočasnou životnost a jejich výroba se buňce nemusí vždy podařit.
Staré, poškozené a z výroby defektní proteiny přitom mohou způsobovat problémy, v krajních případech dokonce ohrožují i život. Pokud se totiž buňka neumí takových proteinů zbavit či alespoň neutralizovat jejich škodlivý vliv, dochází k rozvoji nemocí – tzv. proteinopatií. Příkladem je hromadění beta-amyloidóz, TAU a jiných problémových proteinů vyvolávajících buněčný stres a celkovou degeneraci tkání. Ta pak může přerůst až v Alzheimerovu či Parkinsonovu chorobu, případně v jiná degenerativní onemocnění včetně těch nádorových.
Zkoumání proteinového stresu na buněčné úrovni je důležitá součást výzkumu obou zmíněných nemocí. Vědci studují faktory, které tento stres způsobují či umocňují a které mají potenciální využití například při léčbě nádorových nemocí. Zajímají se i o to, jakými způsoby si buňka s defektními proteiny poradí, případně jak tyto procesy farmakologicky ovlivnit.
Kupodivu ale stále platí, že možností, jak cíleně poškodit proteiny v buňce, má současná věda k dispozici jen omezené množství. Oproti tomu lze přímo v buňce velmi precizně poškodit DNA a doslova v reálném čase sledovat, jak si opravné mechanismy s poškozením poradí. U proteinů to až dosud nebylo prakticky možné. Vědcům nezbývalo než buňky hromadně vystavit zvýšené teplotě, případně různým jedům, a výsledné efekty pak měřit na celé buněčné populaci s pomocí nepřímých biochemických metod.
Týmu vědců z Ústavu molekulární a translační medicíny (ÚMTM) Lékařské fakulty UP ve spolupráci s Regionálním centrem pokročilých technologií a materiálů Přírodovědecké fakulty UP a Masarykovým onkologickým ústavem v Brně a za podpory infrastruktury Czech BioImaging se pod vedením Martina Mistríka podařilo vyvinout převratnou metodu kombinující cílené poškození proteinů uvnitř jednotlivých buněk a souběžnou mikroskopickou analýzu.
Metoda využívá speciální nanočástice stříbra, známé jako plasmonické nanočástice, které fungují coby miniaturní, ale velmi výkonné zdroje tepla, jež je možné aktivovat zacíleným laserovým paprskem. „Plasmonické nanočástice po ozáření absorbují laserové světlo a následně vyzáří intenzivní teplo, které v mikroskopickém měřítku poškodí proteiny v bezprostřední blízkosti,“ uvádí spoluautor studie Aleš Panáček z katedry fyzikální chemie PřF UP, který se zabývá zkoumáním nanočástic.
Tepelné poškození napodobí přirozenou proteinovou degeneraci a spustí příslušné buněčné procesy. Vědec si tak díky metodě může vybrat konkrétní část buňky, kam nasměruje laser, a v dané oblasti buňku doslova popálí, aby poté mohl mapovat následné procesy. V rámci studie, jejíž přínos vědecké komunitě ocenil prestižní časopis Nature Communications jejím pátečním zveřejněním, vědci představili nejen tuto novou metodu.
„S jejím využitím jsme odhalili i dosud netušené souvislosti mezi způsoby, jak buňka s poškozenými proteiny nakládá, a objevili také nový faktor, který se významně podílí na jejich odstranění. V budoucnu nám farmakologické cílení takových faktorů pomůže například zefektivnit protinádorovou termoterapii, případně povede k prevenci či terapii výše uvedených degenerativních nemocí,“ vysvětluje význam této studie její prvoautor Martin Mistrík z ÚMTM.