Skuteczne środki antynikotynowe?

Odkrycia zaprezentowane w czasopiśmie Public Library of Science (PLoS) Biology przedstawiają wiele nowych perspektyw na opracowywanie metod leczenia rozmaitych, pospolitych przypadłości w świetle oddziaływania tajemniczej trucizny - kurary - na białka błonowe kanałów jonowych.

Badania, które otrzymały dofinansowanie z projektu NEUROCYPRES w ramach tematu "Zdrowie" Siódmego Programu Ramowego (7PR), pogłębiają naszą wiedzę na temat tej trucizny, która przez długi czas pozostawała zagadką dla naukowców.

Ludzka błona komórkowa - ściana żywej komórki - zbudowana jest z ponad 7.000 białek, ale jak do tej pory naukowcom udało się opisać budowę i funkcję zaledwie 27 z nich.

Kanały jonowe są ważną klasą białek błonowych odpowiedzialnych za komunikację. Funkcjonowanie kanałów jonowych można porównać do przełączników o kształcie mikroskopijnych porów, które otwierają się i zamykają by jony - naładowane cząstki - mogły wpływać do komórki lub z niej wypływać za ich pośrednictwem. Trucizny mogą zakłócić tę komunikację między komórkami w organizmie poprzez zablokowanie kanałów jonowych.

Paraliżujące oddziaływanie kurary na budowę kanałów jonowych zostało zmapowane przez naukowców za pomocą serii trójwymiarowych (3D) obrazów. Profesor Ulens, jeden z autorów artykułu i dyrektor Laboratorium Neurobiologii Strukturalnej belgijskiego Katholieke Universiteit Leuven, wyjaśnia znaczenie owych obrazów 3D:
"Jesteśmy ślusarzami, którzy badają w anatomicznej skali, w jaki sposób klucz - trucizna - pasuje do zamka w drzwiach - kanału jonowego - oraz w jaki sposób klucz sprawia, że drzwi pozostają zamknięte. Niektóre rodzaje trucizn pasują tylko do jednego zamka, ale kurara jest kluczem uniwersalnym, który może zamykać rozmaite kanały jonowe."

Międzynarodowy zespół z Belgii, Holandii, Rosji i USA jest obecnie przekonany, że wykorzystując wiedzę na temat struktury 3D tego zamka istnieje możliwość opracowania uniwersalnych środków dla danej klasy zaburzeń. Naukowcy mają również nadzieję, że to samo dotyczy przypadków konkretnych środków na jedno zaburzenie, takie jak na przykład uzależnienie od tytoniu, gdyż nikotyna wpływa na jeden, określony kanał jonowy.

Aczkolwiek tajemniczy charakter białek błonowych stawia przed naukowcami pewne wyzwania. Krystalografia rentgenowska, która polega na hodowaniu kryształów białek w wodzie, a następnie prześwietlaniu ich promieniami rentgenowskimi, aby je odsłonić i poddać analizie ich budowę, to standardowa technika wykorzystywana do badania białek, aczkolwiek hodowanie kryształów białek błonowych nastręcza trudności z powodu tłuszczowego charakteru błony komórkowej.

Profesor Ulens opisuje, w jaki sposób jego zespół przezwyciężył ten problem: "Przez ostatnie 10 lat naukowcy byli zmuszeni do przedostawania się tylnymi drzwiami - chemiczną kopią odcinka kanału jonowego. Podobną pod względem chemicznym, ale pozbawioną porowatości. Dzięki temu tworzenie kryształów było znacznie łatwiejsze. Po raz pierwszy nasze laboratorium zastosowało tylne wejście do kanału jonowego, który jest wrażliwy na kurarę. Zobaczyliśmy tym sposobem, jak ta klasa kanałów jonowych rozpoznaje substancje chemiczne."

Kurara ma tak paraliżujące oddziaływanie, że jeden z jej komponentów jest faktycznie wykorzystywany w chirurgii płuc. To również trucizna, którą rdzenne populacje Amazonki wykorzystują w czasie polowania, umieszczając ją na strzałach w celu sparaliżowania ofiary.

Na całym świecie naukowcy podejmują wytężone starania, aby ustalić budowę 3D białek błonowych, co stanowi jeden z kluczowych procesów na potrzeby badań farmakologicznych. Z projektem NEUROCYPRES wiązane są nadzieje na posunięcie naprzód tych prac poprzez ujawnienie podstawowych mechanizmów funkcjonowania receptora i otwarcie nowych możliwości racjonalnego opracowywania leków.

Profesor Ulens ma również nadzieję, że odkrycia jego zespołu nadadzą nowy kierunek pracom nad lekami. Jak wyjaśnia: "W przeszłości przemysł farmaceutyczny opracowywał leki na podstawie uwalniania setek tysięcy substancji do kanałów jonowych. Jeżeli jakaś substancja wywoływała reakcję, to była testowana na pacjentach metodą prób i błędów. Nasze badania prowadzą do bardziej celowo zorientowanego opracowywania leków - poprzez zdobywanie wglądu w budowę [3D] kanału jonowego można opracować właściwe leki wiążące się z białkiem."

Katholieke Universiteit Leuven:


NeuroCypres: