Znajdź zawartość

Wg brytyjskich naukowców, liczne pieprzyki oznaczają młodszą skórę i większą gęstość kości. Komórki osób, które mają ich dużo, mają pewne właściwości związane z częstszą samoodnową. Niestety, kosztem wydaje się wyższy wskaźnik nowotworów – zarówno skóry, jak i innych rejonów organizmu, np. piersi. Większość ludzi ma od 30 do 40 pieprzyków, ale u niektórych można się doliczyć nawet 600. Specjaliści z Królewskiego College'u Londyńskiego oraz dr Veronique Bataille, dermatolog z Hemel Hempstead General Hospital, poszukiwali związków między liczbą pieprzyków a innymi cechami fizycznymi. Na początku Bataille stwierdziła, że ludzie z wieloma pieprzykami wydają się mniej podatni na wystąpienie różnych oznak starzenia skóry, np. zmarszczek. Najnowsze studium z 1200 bliźniętami sugeruje, że u tych samych osób z wiekiem w mniejszym stopniu obniża się gęstość kości. Tym oto sposobem rzadziej przydarzają im się osteoporotyczne złamania. Badanie pokazało, że u jednostek z ponad 100 pieprzykami prawdopodobieństwo wystąpienia osteoporozy jest o połowę niższe niż u ochotników z 25 i mniej pieprzykami. Na razie nie wiadomo, czemu się tak dzieje, ale akademicy zauważyli, że telomery osób z dużą liczbą pieprzyków są dłuższe. Twory te znajdują się na końcówkach chromosomów. Ulegają skróceniu przy każdym podziale komórkowym. Im dłuższy więc telomer, tym więcej podziałów może przejść komórka. Jak wiemy, wiąże się to jednak z pewnymi zagrożeniami. Dr Bataille uważa, że pieprzyki stanowią widzialny produkt (uboczny) układu kontrolującego starzenie organizmu. Działa on na zasadzie targu między długowiecznością a ryzykiem wystąpienia nowotworów.

Ivana Božić, doktorantka z Uniwersytetu Harvarda, stworzyła model matematyczny, który pokazuje, że pojedyncza mutacja nie wystarczy, by sprowokować wzrost nowotworu. Średnio zwiększa ona tempo podziałów komórkowych o zaledwie 0,4%. Oznacza to, że [...] konieczna jest wolna, stała akumulacja wielu mutacji w jednej komórce na przestrzeni lat. Szefowa studium, którego wyniki ukazały się w piśmie Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), podkreśla, że skoro do zezłośliwienia zmiany potrzeba wielu zachodzących na przestrzeni dłuższego czasu mutacji, potwierdzają się obserwacje epidemiologów i klinicystów. Wg nich, w przypadku licznych nowotworów rzucają się bowiem w oczy heterogenność (niejednorodność) i losowość. Mimo że dane pochodzące z sekwencjonowania genomu nowotworów są pouczające, uzgodnienie ich z obserwacjami epidemiologicznymi i klinicznymi stanowi spore wyzwanie. Nasz nowy model matematyczny zaczyna łagodzić ten rozdźwięk. Božić wpisuje się w popularny ostatnio nurt badań, których autorzy próbują różnicować dwa typy mutacji w guzach: kierownicze i tzw. pasażerskie (te pierwsze mają decydujący wpływ na proces nowotworzenia, a drugie jedynie się dokładają). Naukowcy odkryli, że w większości guzów litych w kodujących genach występuje od 40 do 100 mutacji, choć średnio tylko od 5 do 15 z nich ma rzeczywisty wpływ na wzrost nowotworu. Pozostałe wiążą się jakoś z mutacjami napędzającymi, ale nie przynoszą guzowi bezpośrednich korzyści. Guzy zaczynają się rozwijać przy pierwszej mutacji dającej przewagę nad innymi komórkami, pozwalając im rosnąć nawet minimalnie tylko szybciej od sąsiadów. Gdy mutacje kierownicze powoli akumulują się w danej komórce, dochodzi do przyspieszenia procesu – coraz szybszy podział komórkowy skutkuje coraz szybszym pojawianiem się mutacji kierowniczych. Wszystko wskazuje na to, że czas upływający między mutacjami kierowniczymi w tworzącym się guzie jest kluczowy dla losów pacjenta. Ustaliliśmy np., że jednostka, u której przez 20 lat nie dochodzi do drugiej mutacji kierowniczej w tej samej komórce, może nigdy nie doświadczyć wzrostu guza do masy większej niż kilka tysięcznych grama. Jeśli jednak druga mutacja kierownicza nastąpi w ciągu 5 lat, w ciągu 25 lat może się rozwinąć guz ważący kilkaset gramów. Wyliczenia te pokrywają się z obserwacjami onkologów, że potrzeba ok. 30 lub więcej lat, by z początkowych komórek urósł nowotwór. Zespół Božić przetestował trafność modelu na dwóch dobrze zbadanych nowotworach: glejaku wielopostaciowym i gruczolakoraku trzustki. Naukowcy zaprezentowali równanie, które pozwala opomiarować korzyści wynikające z każdej mutacji kierowniczej i ustalić, ile ich występuje w danym guzie.

W organizmie człowieka wiele procesów życiowych, m.in. sen, produkcja hormonów czy regulacja temperatury ciała, przebiega w rytmie dobowym. Te genetycznie zaprogramowane wzorce działają nawet pod nieobecność następujących po sobie dni i nocy, a występują u niemal wszystkich organizmów. Naukowcy z MIT-u i Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego (UCSD) odkryli ostatnio, że u sinic rytmy dobowe określają tempo podziałów komórkowych. Sinice, zwane również cyjanobakteriami, prowadzą fotosyntezę, dlatego są bardziej aktywnie w ciągu dnia, a nocą przechodzą fazę spoczynku. U organizmów wielokomórkowych podział komórek jest niezbędny dla odnowy i naprawy uszkodzeń, ale niekontrolowane namnażanie prowadzi do nowotworów. Z tego powodu zrozumienie, jak komórki się dzielą, ma fundamentalne znaczenie – tłumaczy Susan Golden, profesor biologii molekularnej z UCSD. Dwanaście lat temu Golden i inni zidentyfikowali u sinic 3 białka regulujące zegar biologiczny. Istniały pewne dowody, że rytm okołodobowy kontroluje podziały komórkowe, ale nie było wiadomo, jaki dokładnie charakter ma ta zależność. Obecnie zespół pracujący pod kierownictwem prof. Alexandra van Oudenaardena z MIT-u stwierdził, że w stałym świetle o umiarkowanym natężeniu cyjanobakterie dzielą się średnio raz dziennie, a podziały mają miejsce głównie w połowie 24-godzinnego cyklu. Naukowcom udało się przyspieszyć dzielenie, wzmagając intensywność oświetlenia. W takich warunkach komórki nasilały fotosyntezę, co pozwalało im uzyskać większą ilość energii. Zaczynały się dzielić częściej, ale nadal w powiązaniu z zegarem biologicznym: w jednej czwartej i trzech czwartych cyklu. Amerykanie zauważyli, że we wszystkich warunkach po ok. 19 godzinach sinice wchodziły w fazę spoczynku. Akademicy przez tydzień śledzili rytmy dobowe pojedynczych komórek. Udało się to dzięki oznaczeniu protein zarządzających zegarem biologicznym żółtym fluorescencyjnym białkiem. W ten sposób w 24-godzinnym cyklu można było ustalić pozycję każdej komórki. Dodatkowo co 40 min komórki fotografowano, naukowcy wiedzieli więc, kiedy się dzieliły. Technika monitorowania pojedynczych komórek pozwoli w przyszłości ujawnić związki między rytmem okołodobowym a innymi cyklicznymi procesami komórkowymi, np. metabolizmem. Prof. Golden planuje dalsze eksperymenty na sinicach, jednak van Oudenaarden wspomina także o drożdżach i komórkach ludzkich. Wcześniej profesorski tandem opisał mechanizm molekularny, za pośrednictwem którego białka zegara biologicznego cyjanobakterii (KaiA, KaiB i KaiC) kontrolują cykl komórkowy. Okazało się, że regulują one aktywność czwartego białka FtsZ, nie dopuszczając do jego przemieszczania w okolice płaszczyzny równikowej i utworzenia pierścienia.

Mimo iż zachodzą w naszym organizmie miliony razy dziennie, podziały komórkowe są procesami prawdziwie niezwykłymi. Jedną z najbardziej zaskakujących cech tego zjawiska jest powstawanie komórek młodych i "świeżych" z komórek starych, nierzadko przeładowanych szkodliwymi cząsteczkami. Mechanizm zapewniający tę metaboliczną "czystość" odkryli naukowcy z Uniwersytetu w Göteborgu. Autorami odkrycia są badacze z zespołu prof. Thomasa Nyströma. Na łamach prestiżowego czasopisma Cell opisali oni wyniki eksperymentu na komórkach drożdży, który może okazać się przełomowy dla naszego rozumienia kwestii starzenia się i ochrony przed nim. Badania przeprowadzono w związku z pozornym paradoksem, do jakiego dochodzi podczas podziału komórkowego. Nikt nie wiedział bowiem, jak to możliwe, że powstająca komórka potomna otrzymuje własną kopię genomu, cytoplazmę oraz komplet struktur wewnątrzkomórkowych zwanych organellami, lecz jednocześnie pozostaje wolna od wadliwych elementów zgromadzonych za życia komórki matczynej. Jak zaobserwowali badacze z zespołu prof. Nyströma, dzieje się tak, ponieważ w komórkach istnieje specjalny system transportu szkodliwych produktów metabolizmu (na czele z kompleksami wadliwych białek) podczas podziału komórkowego. Cząsteczkami odpowiedzialnymi za ten proces okazały się białka z grupy aktyn, biorące udział m.in. w wielu innych typach transportu wewnątrzkomórkowego. W przypadku segregacji zachodzącej podczas podziału komórkowego z włóknami aktynowymi współpracuje inna cząsteczka, zwana SIR2, która - wszystko na to wskazuje - odgrywa kluczową rolę w formowaniu się nici aktynowych pozwalających komórce na "oczyszczenie się" pod koniec podziału komórkowego. Co ciekawe, już we wcześniejszych badaniach stwierdzono, że komórki wielu organizmów wytwarzające zwiększoną ilość SIR2 żyją znacznie dłużej od swoich normalnych krewniaków. Badania przeprowadzone przez szwedzkich uczonych są jednak pierwszymi, których rezultaty wyjaśniają mechanizm "odmładzającego" działania tej molekuły.

Obumieranie komórek odpowiedzialnych za wytwarzanie insuliny, będące przyczyną większości przypadków cukrzycy typu I, uważano dotychczas za zmianę nieodwracalną. Badacze ze Szkoły Medycznej Uniwersytetu w Pittsburghu udowadniają jednak, że odpowiednia procedura może przywrócić liczebność tych niezwykle istotnych komórek. Eksperyment przeprowadzono na specjalnie wyselekcjonowanych myszach, którym wszczepiano ludzkie komórki β - występującą w trzustce populację odpowiedzialną za wytwarzanie insuliny. Ponieważ do testów wybrano gryzonie-diabetyków o upośledzonej odporności, nie odrzucały one przeszczepu i umożliwiały przeprowadzenie badań z wykorzystaniem ludzkich komórek w modelu zwierzęcym. Głównym celem doświadczenia była ocena aktywności tzw. kinaz zależnych od cyklin (ang. cyclin-dependent kinases - cdk) oraz samych cyklin. Ponieważ białka z obu tych grup należą do najważniejszych regulatorów tempa podziału komórek, badacze byli przekonani, że modyfikacja ich funkcji może pozwolić na przywrócenie komórkom β ich zdolności do replikacji. Aby zwiększyć poziom produkcji opisywanych protein, badacze użyli adenowirusów - cząstek odpowiedzialnych za wiele przypadków przeziębień, których zmodyfikowane szczepy są wykorzystywane do tymczasowego wprowadzania nowych genów do komórek. Zastosowane w eksperymencie adenowirusy przenosiły geny dla białek cdk-6, cdk-4 oraz cykliny D1. W warunkach laboratoryjnych stymulacja ludzkich komórek β za pomocą genów dla cdk-6 oraz cykliny D1 pozwala na przywrócenie im zdolności do podziałów. Co ważne, ten sam efekt udało się utrzymać po ich przeszczepieniu do wnętrza mysich trzustek. Niedługo po transplantacji poziom glukozy w organizmach gryzoni wrócił do normy, zaś usunięcie przeszczepu wywołało natychmiastowy nawrót choroby. Oznacza to jednoznacznie, że przeszczep ludzkich komórek β przywraca myszom zdolność do kontrolowania poziomu cukru we krwi. Obecnie ciężko przewidzieć, czy podobna terapia mogłaby sprawdzić się u ludzi. Manipulowanie tempem podziałów komórkowych to niezwykle ryzykowna forma terapii, mogąca prowadzić m.in. do rozwoju nowotworów. Informacja o zdolności komórek β do replikacji jest jednak niezwykle istotna i być może pewnego dnia pozwoli na stworzenie terapii, które usuwałyby przyczynę cukrzycy typu I, a nie tylko jej efekty.

Zespół naukowców z Edynburga odkrył gen kontrolujący wielkość mózgu. Kiedy jest uszkodzony, mózg i ciało nie osiągają prawidłowych rozmiarów. Szkoci z Medical Research Council (MRC) badali rodziny, w których wystąpił zespół Seckela, zwany inaczej karłowatością ptasiogłową. W tego typu przypadkach odnotowuje się zwolniony rozwój płodowy, czego skutkiem jest niski wzrost oraz znaczna mikrocefalia (małogłowie). Zachowana zostaje prawidłowa struktura mózgu. Wskutek anomalii kości czaszki głowa przypomina łebek ptaka, ponadto obserwuje się wady rozwojowe gałek ocznych oraz objawy ze strony układu nerwowego. Chorzy są upośledzeni umysłowo, krócej żyją, a niektórzy przedwcześnie się starzeją. Ich waga urodzeniowa jest bardzo niska, przeważnie wynosi poniżej 1,5 kg. Z medycznego punktu widzenia zespół Seckela jest zaburzeniem rearanżacji DNA (chromosomy są niestabilne) z tendencją do nowotworzenia. Na łamach Nature Genetics naukowcy wyjawili, że zmniejszone rozmiary mózgu to skutek mutacji genu PCNT, który współpracuje z genem ATR. PCNT odpowiada za wytwarzanie pewnego białka: perycentryny. Wchodzi ona w skład centrosomu, czyli centrum mitotycznego, odgrywającego ważną rolę podczas podziału komórki. Wokół niego tworzą się mikrotubule wrzeciona podziałowego i szkieletu komórkowego. Drugi człon tandemu, ATR, naprawia uszkodzenia DNA. W przeszłości zaobserwowano, że mutacje innych genów zaangażowanych w działanie centrosomu skutkują pewnymi postaciami mikrocefalii. Oznacza to, iż prawidłowe działanie centrosfery to czynnik determinujący wielkość mózgu.