Studie objasňuje, jak může spermin chránit před Alzheimerovou a Parkinsonovou chorobou

Výzkumníci z Paul Scherrer Institute PSI objasnili, jak spermin – malá molekula, která reguluje mnoho procesů v tělesných buňkách – může chránit před nemocemi, jako je Alzheimerova a Parkinsonova choroba: činí některé proteiny neškodnými tím, že působí trochu jako sýr na nudle, takže se shlukují dohromady. Tento objev by mohl pomoci v boji proti takovým nemocem. Studie byla nyní publikována v časopise Příroda komunikace.

Naše očekávaná délka života se neustále prodlužuje – a stejně tak i nemoci související s věkem, včetně neurodegenerativních onemocnění, jako je Alzheimerova a Parkinsonova choroba, jsou stále častější. Tato onemocnění jsou způsobena nahromaděním škodlivých proteinových struktur sestávajících z nesprávně složených amyloidních proteinů v mozku. Jejich tvar připomíná vlákna nebo špagety. Dosud neexistuje účinná terapie, která by takovým akumulacím zabránila nebo je odstranila.

Přesto přirozeně se vyskytující molekula v těle zvaná spermin nabízí naději. V experimentech vědci pod vedením vedoucího studie Jinghui Luo z Centra pro vědy o životě na Institutu Paula Scherrera PSI zjistili, že tato látka je schopna prodloužit životnost malých hlístových červů, zlepšit jejich pohyblivost ve stáří a posílit energetické zdroje jejich buněk – mitochondrie. Konkrétně výzkumníci pozorovali, jak spermin pomáhá imunitnímu systému těla eliminovat nahromadění amyloidních proteinů poškozujících nervy.

Nové poznatky by mohly sloužit jako základ pro vývoj nových terapií takových onemocnění.

Centrální mediátor buněčných procesů

Spermin je pro organismus životně důležitá látka. Patří mezi tzv. polyaminy, což jsou relativně malé organické molekuly. Spermie, poprvé objevená před více než 150 lety, je pojmenována po semenné tekutině, protože se tam nachází ve zvláště vysokých koncentracích. Vyskytuje se ale i v mnoha dalších buňkách těla – zejména v těch, které jsou aktivní a schopné se dělit.

Spermine podporuje buněčnou mobilitu a aktivitu a řídí četné procesy. Především interaguje s nukleovými kyselinami genomu, reguluje expresi genů a jejich přeměnu na proteiny. To zajišťuje, že buňky mohou správně růst a dělit se a nakonec zemřít. Spermin je také ústředním prvkem důležitého buněčného procesu zvaného biomolekulární kondenzace: V tomto procesu se určité makromolekuly, jako jsou proteiny a nukleové kyseliny, segregují a shromažďují v buňce ve formě podobné kapičkám, takže zde mohou probíhat důležité reakce.

V souvislosti s neurodegenerativními onemocněními, jako je Alzheimerova nebo Parkinsonova choroba, již dříve bylo prokázáno, že spermin může chránit nervové buňky a zmírňovat ztrátu paměti související s věkem. Doposud však chybělo přesnější pochopení toho, jak spermin zasahuje do procesů poškozujících nervy – pochopení, které by z něj mohlo mít lékařské výhody.

Pomoc při odstraňování buněčného odpadu

Skupina Jinghui Luo to nyní prozkoumala podrobněji. Kromě optické mikroskopie použili vědci také rozptylovou techniku ​​SAXS ve švýcarském světelném zdroji SLS společnosti PSI, aby osvětlili molekulární dynamiku těchto procesů. Výzkumy byly prováděny jak ve skleněné kapiláře (in vitro) a v živém organismu (naživu). Jako modelový organismus posloužila hlístice C. elegans.

Bylo prokázáno, že spermin způsobuje shromažďování škodlivých proteinů a v jistém smyslu shlukování prostřednictvím biomolekulární kondenzace. To usnadňuje proces zvaný autofagie, který se běžně vyskytuje v našich buňkách: Poškozené nebo nepotřebné proteiny jsou zabaleny do malých membránových váčků a bezpečně degradovány enzymy – ve skutečnosti jde o přirozený proces recyklace.

Autofagie je účinnější při manipulaci s většími shluky bílkovin. A spermin je, abych tak řekl, pojivo, které spojuje vlákna dohromady. Mezi molekulami jsou jen slabě přitažlivé elektrické síly, které je organizují, ale pevně je nespojují.“

Jinghui Luo, vedoucí studie

Celou věc, říká Luo, si lze také představit jako talíř špaget. „Spermine je jako sýr, který spojuje dlouhé, tenké nudle, aniž by je slepoval dohromady, takže jsou snadněji stravitelné.“

Hledá se: správná kombinace ingrediencí

Spermie má také vliv na další nemoci, včetně například rakoviny. I zde je zapotřebí výzkum, aby se objasnily fungující mechanismy – pak by byly možné terapeutické přístupy založené na sperminu. Kromě sperminu existuje mnoho dalších polyaminů, které plní v organismu důležité funkce a jsou tak medicínsky zajímavé. Výzkum v této oblasti má proto velký potenciál. „Pokud lépe porozumíme základním procesům,“ říká Luo, „můžeme vařit chutnější a stravitelnější pokrmy, abych tak řekl, protože pak budeme přesně vědět, jaké koření a v jakém množství je omáčka obzvláště chutná.“

Při tomto hledání se využívá i umělá inteligence, protože dokáže na základě všech dostupných dat mnohem rychleji vypočítat slibné kombinace „ingrediencí do omáčky“. Luo také poznamenává, že pro tuto a následující studie jsou také důležité časově rozlišené techniky měření rozptylu a zobrazování s vysokým rozlišením, které může zobrazovat takové procesy v reálném čase a až na subcelulární úrovni. Kromě PSI jsou takové metody dostupné pouze v několika dalších synchrotronových zařízeních na světě.