W rozwiązaniu 20-letniej tajemnicy dotyczącej roli białka związanego z produkcją śluzu, badacze dostarczają nowych wglądów, które mogą prowadzić do nowatorskich metod leczenia astmy, przewlekłej obturacyjnej choroby płuc, mukowiscydozy oraz innych schorzeń.
Naukowcy z Washington University School of Medicine w St. Louis (WUSTL) w Missouri informują o swoich odkryciach w prestiżowym czasopiśmie naukowym.
Thomas J. Brett, starszy autor badań i asystent profesora medycyny w WUSTL, podkreśla:
«Nowe badanie stanowi fundament dla opracowania skutecznych metod leczenia chorób takich jak astma, POChP, mukowiscydoza, a nawet niektóre nowotwory».
W schorzeniach takich jak astma i przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP) organizm produkuje nadmiar śluzu, co znacząco utrudnia oddychanie.
W mukowiscydozie śluz wytwarzany przez organizm jest zbyt gęsty, co prowadzi do zatykania płuc oraz przewodu pokarmowego.
Znaczenie nowego badania tkwi w odkryciach dotyczących kanałów jonowych – to specjalne białka, które formują się w błonie komórkowej i regulują przepływ naładowanych cząstek do i z komórki.
Kanały jonowe umożliwiają komórkom wysyłanie i odbieranie sygnałów elektrycznych oraz pełnienie ról kluczowych dla zdrowia, takich jak wydzielanie substancji, w tym śluzu, kontrolowanie rytmu serca oraz wspomaganie funkcji mózgu.
Na przykład, przepływ jonów chlorkowych do i z komórek jest kluczowy dla regulacji produkcji śluzu, który stanowi ochronną wyściółkę w naszej tchawicy i innych drogach oddechowych. Śluz, składający się z glikoprotein i wody, zatrzymuje zanieczyszczenia oraz inne cząstki, zanim wyrządzą szkody w płucach.
Jednak w przypadku chorób takich jak mukowiscydoza i astma, nadmiar i gęstość śluzu mogą prowadzić do poważnych problemów z oddychaniem oraz zwiększać ryzyko infekcji.
Badanie kanałów jonowych i ich rola w nadprodukcji śluzu
Około 20 lat temu naukowcy zidentyfikowali białko o nazwie CLCA1, które, gdy występuje w wysokich stężeniach, przyczynia się do nadprodukcji śluzu w drogach oddechowych. Przez długi czas uważano, że CLCA1 jest kanałem dla jonów chlorkowych, ponieważ członkowie rodziny białek CLCA wydawali się transportować jony chlorkowe do i z komórek.
Ostatecznie, po dalszych badaniach, naukowcy doszli do wniosku, że białka CLCA nie są kanałami, lecz wyzwalaczami; aktywują one inne kanały, umożliwiając przechodzenie jonów chlorkowych przez błony komórkowe. Jednak nie było jasne, w jaki sposób białka te się uruchamiają i działają. Prof. Brett zauważa:
«Kiedy komórki eksprymują CLCA1, wytwarzają prądy chlorkowe, ale gdy zaczęliśmy badać trójwymiarowe struktury białek, zdaliśmy sobie sprawę, że białka CLCA nie mogą być kanałami. Co zatem z tymi prądami, jeśli nie są kanałami?»
Prof. Brett i jego zespół odkryli, że kiedy CLCA1 jest uwalniana z ludzkich komórek, powoduje to uwalnianie jonów chlorkowych, gdy kanał wykrywa obecność jonów wapnia.
Zespół zauważył również, że ruch jonów chlorkowych wywołany przez CLCA1 jest bardzo podobny do ruchu jonów chlorkowych przechodzących przez kanał znany jako TMEM16A, dlatego postanowili zbadać, czy te dwa białka oddziałują ze sobą.
Odkrycie interakcji między białkami i kanałami jonowymi
TMEM16A, który odkryto zaledwie 7 lat temu u ssaków, jest obecny w dużych ilościach w komórkach wyściełających drogi oddechowe. Istnieją dowody na to, że nadmiar TMEM16A, podobnie jak nadmiar CLCA1, jest związany z nadprodukcją śluzu w chorobach układu oddechowego, takich jak astma i POChP.
Wraz z kolegami, prof. Brett wykazał, że CLCA1 wyzwala aktywność TMEM16A, a zwiększona ekspresja CLCA1 prowadzi do większej liczby kanałów TMEM16A w pobliskich komórkach. Tłumaczy:
«Nie sądzimy, że CLCA1 faktycznie otwiera kanał, w rzeczywistości kanał może funkcjonować niezależnie od CLCA1. Uważamy, że po prostu przedłuża obecność kanału na powierzchni komórek.»
Dzięki temu dochodzi do zwiększonego przepływu, ponieważ więcej kanałów pozostaje otwartych – więcej «drzwi» dla tych jonów, dodaje:
«To wyjątkowe odkrycie. Nie znamy innych przykładów tego typu interakcji między białkami a kanałami».
Odkrycia mają także szersze implikacje. Jeżeli inne białka z tej samej rodziny również współpracują, może to rzucić światło na różnorodne zaburzenia, w tym nowotwory oraz choroby sercowo-naczyniowe.
Na przykład kanały TMEM16 i białka CLCA są powiązane z niektórymi rodzajami nowotworów, w tym z rakiem piersi, który rozprzestrzenia się do płuc. Są także zaangażowane w choroby sercowo-naczyniowe, takie jak nieregularne zaburzenia rytmu serca i niewydolność serca.
Zespół kontynuuje badanie interakcji między białkiem a kanałem oraz wpływu zmniejszenia ekspresji na przepływy jonów i choroby dróg oddechowych.
Badanie zostało sfinansowane przez National Institutes of Health (NIH), American Lung Association, Center for Research Behavior of Membrane Couritability Diseases oraz American Heart Association.
W międzyczasie, niedawno opublikowano nowe badanie, które wykazało, że uczestnicy stosujący zdrową dietę byli o 1/3 mniej podatni na rozwój POChP w porównaniu z tymi, którzy tego nie robili. Naukowcy określili zdrową dietę jako bogatą w warzywa, pełnoziarniste produkty, wielonienasycone tłuszcze, orzechy oraz kwasy tłuszczowe omega-3, a ubogą w czerwone i przetworzone mięsa, rafinowane ziarna oraz słodzone napoje.
Aktualne wyniki badań i ich znaczenie
Te odkrycia pokazują, jak istotne jest dalsze badanie roli diety w zarządzaniu chorobami układu oddechowego. W kontekście najnowszych badań, zdrowa dieta może nie tylko zmniejszyć ryzyko rozwoju POChP, ale także wspierać ogólny stan zdrowia układu oddechowego. Oprócz badań nad białkami i kanałami jonowymi, istotne jest zrozumienie, jak styl życia i dieta wpływają na mechanizmy chorobowe.
