W sercu i w mózgu działają mechanizmy ochronne sprzed miliardów lat

"Jeśli nauczymy się wykorzystywać ten mechanizm, oblicze medycyny
może ulec zmianie" - nie kryje nadziei prof. Adam Szewczyk,
kierownik Pracowni Wewnątrzkomórkowych Kanałów Jonowych Instytutu
Biologii Doświadczalnej PAN im. M. Nenckiego w Warszawie.

TAJEMNICA STARYCH ELEKTROWNI

Aby w pełni zrozumieć nadzieje prof. Szewczyka, trzeba sobie
przypomnieć budowę komórki eukariotycznej (organizmu wyższego). W
największym uproszczeniu jest to pęcherzyk błony lipidowo-
białkowej, zamykający w swym wnętrzu jądro komórkowe z DNA oraz
organelle, odpowiedzialne za wewnątrzkomórkowy metabolizm -
trawienie, syntezę nowych związków chemicznych, energetykę. Wśród
licznych organelli wyróżniają się mitochondria,czyli "komórkowe
elektrownie" produkujące wysokoenergetyczne związki fosforu.

"I właśnie mitochondria leżą w centrum naszych zainteresowań.
Okazuje się bowiem, że mogą być zaangażowane w patogenezę wielu
chorób, mogą też przed nimi chronić" - wyjaśnia prof. Szewczyk.

Profesor jest koordynatorem polsko-niemieckich badań pt.
"Mitochondrialny kanał potasowy regulowany przez ATP w hipokampie
- obiekt protekcyjnej strategii w epilepsji".

KANAŁ DLA ZDROWIA

Można powiedzieć, że "związek mitochondriów, padaczki i profesora
Szewczyka" dojrzewał przez wiele lat. W 1989 roku mgr Szewczyk,
absolwent Wydziału Chemii Uniwersytetu Warszawskiego, obronił
doktorat poświęcony jednemu z białek mitochondrialnych. Wkrótce
potem trafił na staż do Francji, gdzie zajmował się kanałami
potasowymi w błonie komórkowej trzustkowych komórek beta. Ich
aktywacja (w praktyce - wypuszczenie potasu z komórki) jest jednym
z mechanizmów stymulujących trzustkę do wydzielenia insuliny.
Doktor Szewczyk nabrał doświadczeń w pracy z kanałami jonowymi.

"Pod koniec lat 90. odkryto, że  kanał, podobny do badanego
przeze mnie, znajduje się w wewnętrznej błonie mitochondrialnej
komórek mięśnia sercowego. Wzbudziło to sporo kontrowersji" -
wspomina Szewczyk.

Aż do tamtego momentu za pewnik przyjmowano, iż błona
mitochondrium jest słabo przepuszczalna dla jonów. Ich transport
miał bowiem uniemożliwiać pracę "komórkowym elektrowniom". Badanie
kanałów potasowych zaowocowało habilitacją dr Szewczyka.

Jakby zdziwienie obecnością kanałów było zbyt małe, kolejne lata
przynosiły jeszcze bardziej zaskakujące odkrycia. Okazało się, że
aktywacja kanałów, a więc wpuszczenie jonów potasu do wnętrza
mitochondriów, daje efekt protekcyjny. Komórki stają się bardziej
odporne na niedotlenienie, a więc na przykład na skutki choroby
wieńcowej, a nawet zawału. Odkryciem tym zainteresował się
przemysł farmaceutyczny i liczne laboratoria na świecie.

"Doktorat pozwolił mi poznać mitochondria, a praca we Francji -
kanały potasowe. Pod koniec lat 90. zaprzyjaźniłem się z prof.
Wolframem Kunzem z Oddziału Epileptologii Uniwersytetu w Bonn,
który zajmował się padaczką. Stąd moje związki z neurologią" -
opowiada naukowiec.

Z takiej mieszanki nie mogło wyjść nic innego. Na przełomie lat
2000 i 2001 prof. Adam Szewczyk i  prof. Wolfram Kunz nawiązali
ścisłą współpracę. Postanowili szukać kanałów potasowych w błonach
mitochondrialnych komórek nerwowych.

BYĆ MOŻE UNIWERSALNY

"Znaleźliśmy takie kanały w mózgu. Zaraz potem udowodniono, że
także ich aktywacja chroni komórki przed skutkami niedotlenienia.
Daje to pewne szanse na opracowanie strategii neuroprotekcji
zarówno w warunkach ostrego stresu jakim jest udar mózgu, jak i
stresu przewlekłego. My skupiliśmy się na roli mitochondrialnych
kanałów w patomechanizmie padaczki" - wyjaśnia profesor.

Polsko-niemiecki zespół miał twardy orzech do zgryzienia,
ponieważ wiadomo było tylko tyle, że  otwarcie kanału działa
ochronnie na komórkę. Mechanizm tego działania nie został jeszcze
poznany. Jedna z teorii mówi, że napływ jonów potasu do wnętrza
mitochondrium (po otwarciu kanału) zapobiegać może napływowi jonów
wapnia do wnętrza "komórkowych elektrowni". Jony te zaś od dawana
uchodzą są za jeden z czynników indukujących śmierć komórek.

Zdaniem prof. Szewczyka, bardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem
może być wpływ stężenia wewnątrzmitochondrialnego potasu na poziom
syntezy reaktywnych form tlenu uwalnianych do komórki (tzw.
wolnych rodników).

Mimo że związkom tym tradycyjnie przypisuje się negatywną rolę,
ostatnie lata przyniosły wiele dowodów ich pozytywnego wpływu na
organizmy. Ale jak to się dzieje? Ciągle nie wiadomo, jaki jest
szlak przekazywania "dobrej nowiny" od kanału potasowego aż do
cytoprotekcyjnych efektów.

"Badamy strukturę kanału, charakteryzujemy jego właściwości,
badamy białka, z którymi może oddziaływać. Po cichu marzymy też o
tym, by się okazało, że protekcyjny mechanizm aktywacji kanału
potasowego jest mechanizmem uniwersalnym, występującym nie tylko w
sercu i mózgu, ale także innych narządach. Z jednej strony
pozwoliłoby to opracować strategie terapeutyczne, z drugiej zaś
niezmiernie wzbogaciłoby naszą wiedzę o początkach życia" -
zauważa prof. Szewczyk.

Jak przypomina, mitochondria to bakterie, które przed ok. dwoma
miliardami lat wniknęły do tworzących się właśnie komórek
eukariotycznych. "Dotychczas uważało się, że komórka gospodarza
toleruje je w swym wnętrzu ze względu na zdolność do produkcji
substancji wysokoenergetycznych. Być może przynoszą i inne
korzyści, o których właśnie się dowiadujemy" - dodaje naukowiec.

                    ***

Wykonywane w Instytucie Biologii Doświadczalnej PAN badania
sfinansowane zostały ze środków polskiego resortu nauki. Prawie 20
procent z sumy grantu przeznaczono na inwestycje trwałe, głównie
aparaturę laboratoryjną. Skompletowano m.in. unikatowe w Europie
zestawy, pozwalające badać aktywności pojedynczych kanałów
jonowych, wyizolowanych z błon mitochondrialnych. Zakupiono też
sprzęt, służący ocenie aktywność nieuszkodzonych mitochondriów.

"Grant pozwolił realizować badania i nie martwić się nadmiernie o
finanse. Współpraca z ośrodkiem zagranicznym dała możliwość
zintensyfikowania wymiany myśli, doświadczeń, wzajemnego uczenia
się. Nie można jednak też zapominać, że transgraniczna współpraca
daje coś więcej - pozwala ludziom poznać się i zaprzyjaźnić. To
niezmiernie ważne, wziąwszy pod uwagę skomplikowaną historię
stosunków polsko-niemieckich" - podkreśla prof. Adam Szewczyk.

Tajemnicą poliszynela jest to, że prócz kilku zagranicznych
publikacji naukowych oraz odkrycia całkiem nowego, dotychczas
nieznanego, kanału potasowego w błonie mitochondrialnej, polsko-
niemieckie badania przyniosły jeszcze jeden wymierny rezultat -
międzylaboratoryjne, międzynarodowe małżeństwo dwojga młodych
naukowców. Czyż można było się spodziewać lepszych rezultatów? (PAP)