Vojna proti boleznim: Ponovno pregledovanje starih krajev

Kljub neprekinjenemu toku znanstvenih odkritij medicinske znanosti številne odmevne bolezni še vedno preučujejo raziskovalce lisic. Danes znanstveniki iščejo sveže sledi po dobro uhojenih poteh.

Celica: tako majhna kot velika.

Ko se znanstveniki poglabljajo v mehanizme, ki se skrivajo pod težko zdravljivimi stanji, kot sta diabetes in Alzheimerjeva bolezen, odmikajo robove znanosti, segajo po ohlapnih nitih in zabijajo prste v slabo osvetljene kotičke.

Ker pa odgovori iz svežih zornih kotov niso vedno na voljo, se je vredno vsake toliko časa podvojiti, odpreti stara vrata in ponovno preučiti znane obraze.

Pred kratkim je bil na primer "odkrit" nov organ, ki se je skrival pred očmi. Intersticij - sistem vreč, napolnjenih s tekočino - zdaj velja za enega največjih telesnih organov.

Prej je veljalo, da je intersticij dokaj nepomemben; malo več kot anatomski lepilni papir, ki podpira ustrezne organe, ki opravljajo pravilno delo. Toda ko so se najnovejše tehnike slikanja postavile na nič, sta postali jasni njegova velikost in pomen.

Zdaj se znanstveniki sprašujejo, kaj nas lahko nauči o edemih, fibrozi in težavni sposobnosti širjenja raka.

V raziskavah vsi vemo, da nobenega kamna ne smemo puščati. Intersticij pa nas opozarja, da jih je treba obračati večkrat in v rednih presledkih.

V tem članku pokrivamo nekatere znane vidike celične biologije, ki jih ponovno pregledujemo, in zagotavljajo neznane načine za razumevanje bolezni.

Mikrotubule: več kot odri

Skozi citoplazmo vsake celice poteka zapletena mreža beljakovin, imenovana citoskelet, izraz, ki ga je Nikolaj Konstantinovič Koltsov prvič uvedel leta 1903. Ena glavnih sestavin citoskeleta so dolge cevaste beljakovine, imenovane mikrotubule.

Mikrotubule pomagajo ohranjati togost celice, imajo pa tudi osrednjo vlogo pri celični delitvi in ​​prevozu spojin okoli citoplazme.

Disfunkcija mikrotubulov je bila povezana z nevrodegenerativnimi stanji, vključno z dvema velikima: Parkinsonovo in Alzheimerjevo boleznijo.

Nevrofibrilarni zapleti, ki so nenormalno zvite niti beljakovine, imenovane tau, so eden od značilnosti Alzheimerjeve bolezni. Običajno tau v povezavi z molekulami fosfata pomaga zagotoviti mikrotubule. V Alzheimerjevih nevronih pa beljakovine tau prenašajo do štirikrat več fosfata kot običajno.

Hiperfosforilacija zmanjša stabilnost in hitrost izdelave mikrotubulov, lahko pa tudi razstavi mikrotubule.

Natančno, kako ta sprememba v proizvodnji mikrotubulov vodi do nevrodegeneracije, ni povsem razumljeno, vendar raziskovalce zanima, ali bi lahko poseganje v te procese nekoč pomagalo pri zdravljenju ali preprečevanju Alzheimerjeve bolezni.

Težave z mikrotubuli niso rezervirane samo za nevrološka stanja. Od devetdesetih let prejšnjega stoletja znanstveniki razpravljajo o tem, ali so morda v osnovi celične spremembe, ki vodijo do srčnega napada.

Najnovejša študija, ki je preučila to vprašanje, je zaključila, da so kemične spremembe v mreži mikrocevk srčnih celic postale trše in manj sposobne krčenja, kot bi se morale.

Avtorji verjamejo, da bi lahko oblikovanje zdravil, ki ciljajo na mikrotubule, sčasoma dober način za "izboljšanje srčne funkcije".

Onstran elektrarne

Če ste se pri pouku biologije naučili le enega, je bilo verjetno, da so "mitohondriji moči celice." Današnji znanstveniki, ki so bili prvič zagledani v 19. stoletju, se sprašujejo, ali so mitohondrije morda v križi z vrsto bolezni.

Mitohondrije: več kot le elektrarna.

Vloga mitohondrijev pri Parkinsonovi bolezni je bila deležna največ pozornosti.

Pravzaprav so v preteklih letih v razvoj Parkinsonove bolezni vplivali številni mitohondrijski neuspehi.

Na primer, lahko se pojavijo težave v zapletenih kemijskih poteh, ki ustvarjajo energijo v mitohondrijih, in lahko pride do mutacij v mitohondrijski DNK.

Prav tako lahko mitohondrije poškoduje kopičenje reaktivnih kisikovih vrst, ki nastanejo kot stranski produkt proizvodnje energije.

Toda kako te okvare povzročajo posebne simptome Parkinsonove bolezni? Mitohondriji so navsezadnje v skoraj vseh celicah človeškega telesa.

Zdi se, da je odgovor na vrsti celic, prizadetih pri Parkinsonovi bolezni: dopaminergični nevroni. Te celice so edinstveno dovzetne za mitohondrijsko disfunkcijo. Zdi se, da je to delno tudi zato, ker so še posebej občutljivi na oksidativni napad.

Dopaminergični nevroni so močno odvisni tudi od kalcija, elementa, ki ga mitohondriji spremljajo. Brez nadzora kalcija v mitohondrijih dopaminergične živčne celice trpijo nesorazmerno.

Razpravljalo se je tudi o vlogi mitohondrijev pri raku. Maligne celice se delijo in razmnožujejo na način brez nadzora; to je energetsko drago, zaradi česar so mitohondriji glavni osumljenci.

Poleg zmožnosti mitohondrijev, da ustvarjajo moč za rakave celice, celicam pomagajo tudi pri prilagajanju na nova ali stresna okolja. In ker imajo rakave celice nenavadno sposobnost, da se premikajo z enega dela telesa na drugega, vzpostavijo trgovino in se množijo, ne da bi se ustavili, tudi mitohondriji so domnevni zlobneži.

Poleg Parkinsonove bolezni in raka obstajajo dokazi, da bi mitohondrije lahko sodelovale tudi pri razvoju brezalkoholne maščobne bolezni jeter in nekaterih pljučnih stanjih. Še veliko se moramo naučiti o tem, kako te prizadevne organele vplivajo na bolezen.

Naslednja raven mikrobioma

Bakteriofagi so virusi, ki napadajo bakterije. In z večjim zanimanjem za črevesne bakterije ni presenetljivo, da so bakteriofagi začeli dvigovati obrvi. Če lahko bakterije vplivajo na zdravje, to zagotovo lahko tudi ubije.

Bakterije, ki so prisotne v vseh ekosistemih na zemlji, so izjemno številne. Bakteriofagi pa jih imajo več; en avtor jih omenja kot "tako rekoč vseprisotne."

Bakteriofag: dodajanje kompleksnosti kompleksnosti.

Vpliv mikrobioma na zdravje in bolezni je zapleten splet interakcij, ki ga šele začenjamo razpletati.

In ko se mešanici doda virome - naši rezidenčni virusi - postane eksponentno labirint.

Če vemo, kako pomembne so bakterije pri bolezni in zdravju, je potreben le majhen preskok domišljije, da razmislimo, kako so lahko bakteriofagi, ki so značilni za različne vrste bakterij, nekega dne medicinsko koristni.

Pravzaprav so se bakteriofagi uporabljali za zdravljenje okužb v dvajsetih in tridesetih letih 20. stoletja. Izpadli so milost predvsem zato, ker so se na prizorišču pojavili antibiotiki, ki jih je bilo lažje in ceneje shranjevati in proizvajati.

Toda z nevarnostjo odpornosti na antibiotike, ki se dvigne, je morda na kartah premik nazaj k terapiji z bakteriofagi.

Korist bakteriofagov je tudi, da so značilni za eno bakterijo, v nasprotju s širokim obsegom antibiotikov pri številnih vrstah.

Čeprav je zanimanje za bakteriofage novo, nekateri že vidijo potencialno vlogo v boju proti "kardiovaskularnim in avtoimunskim boleznim, zavrnitvi presadka in raku".

Nastavite na lipidnih splavih

Vsaka celica je prevlečena z lipidno membrano, ki omogoča, da nekatere kemikalije vstopajo in izstopajo, medtem ko drugim ovirajo poti. Lipidne membrane še zdaleč niso preprosta vrečka, ki je polna delcev, ampak so kompleksne, z beljakovinami posejane entitete.

Znotraj membranskega kompleksa so lipidni splavi ločeni otoki, na katerih se zbirajo kanali in druga celična oprema. O natančnem namenu teh struktur se vroče razpravlja, vendar se znanstveniki nenehno spopadajo s tem, kaj bi lahko pomenili za številne pogoje, vključno z depresijo.

Lipidna membrana: veliko več kot preprosta vrečka.

Nedavne preiskave so zaključile, da bi nam razumevanje teh regij lahko pomagalo, da se spoprimemo z delovanjem antidepresivov.

G proteini - ki so celična stikala, ki prenašajo signal - se deaktivirajo, ko zaidejo v lipidne splave. Ko njihova aktivnost pade, se nevronsko streljanje in komunikacija zmanjšata, kar teoretično lahko povzroči nekatere simptome depresije.

Na drugi strani kovanca je dokazano, da antidepresivi preusmerijo proteine ​​G nazaj iz lipidnih splavov in s tem zmanjšajo simptome depresije.

Druge študije so preučevale potencialno vlogo lipidnih splavov pri odpornosti na zdravila in metastazah pri raku trebušne slinavke in jajčnikov, pa tudi kognitivno upočasnitev na poti proti Alzheimerjevi bolezni.

Čeprav je bila dvoplastna struktura lipidne membrane prvič odkrita sredi prejšnjega stoletja, so lipidni splavi razmeroma nov dodatek celični družini. Na številna vprašanja o njihovi strukturi in funkciji še ni odgovorjenih.

Dobre stvari so v majhnih paketih

Skratka, zunajcelični mehurčki so drobni zavojčki, ki prevažajo kemikalije med celicami. Pomagajo pri komunikaciji in igrajo pomembno vlogo v tako raznolikih procesih, kot so koagulacija, staranje celic in imunski odziv.

Ker sporočila prenašajo sem in tja kot del tako širokega nabora poti, ni čudno, da imajo potencial, da se zmotijo ​​in se zapletejo v bolezni.

Ker lahko nosijo tudi zapletene molekule, vključno z beljakovinami in DNA, obstaja velika verjetnost, da bodo lahko prevažali materiale, značilne za bolezni - na primer beljakovine, ki sodelujejo pri nevrodegenerativnih boleznih.

Tumorji tvorijo tudi zunajcelične vezikle in čeprav njihova vloga še ni povsem razumljena, verjetno pomagajo raku pri ustanavljanju trgovin na oddaljenih lokacijah.

Če se lahko naučimo brati te medcelične dimne signale, lahko dobimo vpogled v nešteto procesov bolezni. Teoretično vse, kar moramo storiti, je, da se dotaknemo njih in razbijemo kodo - kar bo seveda izjemen izziv.

Pod pregibom

Če ste se ukvarjali z biologijo, se boste morda spomnili na prijeten endoplazemski retikulum (ER), ki se izgovarja. Morda se tudi spomnite, da gre za medsebojno povezano mrežo sploščenih vrečk znotraj citoplazme, ki se nahajajo blizu jedra.

ER - prvič zagledan pod mikroskopom v poznih 1800-ih - zloži beljakovine in jih pripravi na življenje v surovem okolju zunaj celice.

Bistveno je, da se beljakovine pravilno zložijo; v nasprotnem primeru jih ER ne bo odpeljal do končnega cilja. V času stresa, ko ER deluje nadurno, se lahko naberejo zloženi ali razviti proteini. To sproži tako imenovani nerazviti proteinski odziv (UPR).

UPR poskuša vzpostaviti normalno delovanje celic na spletu z odpravo zaostankov nerazvite beljakovin. V ta namen preprečuje nadaljnjo proizvodnjo beljakovin, razgrajuje slabo zložene beljakovine in aktivira molekularne stroje, ki lahko pomagajo pri razpokah.

Če se ER ne uspe vrniti na pravo pot in UPR ne uspe popraviti stanja beljakovin v celici, je celica za smrt označena z apoptozo, vrsto celičnega samomora.

Stres zaradi ER in posledični UPR sta bila vpletena v vrsto bolezni, med katerimi je tudi diabetes.

Insulin proizvajajo beta celice trebušne slinavke in ker se proizvodnja tega hormona v dnevu spreminja, pritisk na ER narašča in pada - kar pomeni, da se te celice zanašajo na učinkovito UPR signalizacijo.

Študije so pokazale, da visok krvni sladkor poveča pritisk na sintezo beljakovin. Če UPR ne more uspeti stvari spet postaviti na pravo pot, beta celice postanejo nefunkcionalne in umrejo. Ko se število beta celic zmanjšuje, insulina po potrebi ni več mogoče ustvariti in diabetes se bo razvil.

To so fascinantni časi za vključevanje v biomedicinsko znanost, in kot dokazuje ta kratek vpogled, se moramo še veliko naučiti in pokrivanje starih tal je lahko prav tako koristno kot oblikovanje novih obzorij.