Τετάρτη, 10 Ιουλίου 2019

Λύνοντας το μυστήριο των "μοριακών ψαλιδιών" των μικροσωληνίσκων - Καθημερινή


Μια επέκταση του άρθρου της Καθημερινής

Όλα τα κύτταρα έχουν έναν σκελετό, κατασκευασμένο από έναν εκτεταμένο δίκτυο δυνατών και σχετικά εύκαμπτων καλωδίων, που ονομάζονται μικροσωληνίσκοι. Οι μικροσωληνίσκοι επιτρέπουν σε ένα κύτταρο να διατηρεί το σχήμα του, να μετακινείται σε διαφορετικά σημεία, αλλά χρησιμεύουν και σαν “ράγες” για “μοριακά τρένα” που μεταφέρουν διάφορα μόρια στο εσωτερικό του κυττάρου. Οι μικροσωληνίσκοι παίζουν επίσης βασικό ρόλο στην κυτταρική διαίρεση, επιτρέποντας στο κύτταρο να ευθυγραμμίζει σχολαστικά τα χρωμοσώματα του πριν τα χωρίσει μεταξύ των θυγατρικών κυττάρων.  Η συχνά χρησιμοποιούμενη θεραπευτική ουσία για τον καρκίνο πακλιταξέλη, με στόχο τα κύτταρα που βρίσκονται στη διαδικασία διαίρεσης, στοχεύει συγκεκριμένα τους μικροσωληνίσκους.

Το κύτταρο τροποποιεί συνεχώς τα καλώδια μικροσωληνίσκων, για να τους δώσει συγκεκριμένους ρόλους. Η πρώτη τροποποίηση των μικροσωληνίσκων, που περιγράφηκε πριν από 40 χρόνια, είναι η απομάκρυνση της  “ουράς” της ομάδας της α-τουμπουλίνης, που αποτελείται από ένα αμινοξύ τυροσίνης. Οι ουρές αυτές συνεχώς κόβονται και επιστρέφονται από διαφορετικά ένζυμα. Ενώ όμως η διαδικασία αυτή ήταν γνωστή για πάνω από 40 χρόνια, μόλις πέρσι ερευνητές του Ολλανδικού Ινστιτούτου Καρκίνου (ΝΚΙ) και του Ινστιτούτου Oncode, συγχρόνως με μία ομάδα από την Γαλλία,  βρήκαν την ταυτότητα του ψαλιδιού που αφαιρεί την ουρά τυροσίνης. Οι εργασίες τους δημοσιεύτηκαν συγχρόνως στο περιοδικό Science. H ίδιες δύο ομάδες, αλλά και άλλες δύο ομάδες από την Κίνα και ΗΠΑ, προχώρησαν αυτή την έρευνα σε μεγαλύτερη λεπτομέρεια, και δημοσιεύουν αυτή την εβδομάδα σχεδόν ταυτόχρονα τη δομή και τον μηχανισμό αυτών των ιδιόμορφων μοριακών ψαλιδιών. Η ομάδα της Ολλανδίας έχει Ελληνικό ενδιαφέρον μια και ο πρώτος συγγραφέας είναι ο υποψήφιος διδάκτορας κ. Αθανάσιος Αδαμόπουλος, ενώ η διεύθυνση και ο συντονισμός της έρευνας έχει γίνει από τον διευθυντή έρευνας καθ. δρ. Αναστάση Περράκη.

Ο Αναστάσης Περράκης μας εξηγεί: “Βιοχημικές αντιδράσεις όπως η απομάκρυνση ενός αμινοξέως από το άκρος μιας πρωτεϊνικής αλυσίδας, όπως η τυροσίνη από την αλυσίδα της α-τουμπολίνης των μικροσωληνίσκων,  τυπικά διεξάγονται με απλά ένζυμα που ονομάζονται πρωτεάσες. Πέρυσι, το εργαστήριο του στενού συνεργάτη μου Thijn Brummelkamp  εντόπισε πως, αναπάντεχα, ένα σύμπλεγμα από δύο πρωτεΐνες  - το σύμποκο VASH1 / SVBP - είναι απαραίτητο για να πραγματοποιήσει αυτή την αντίδραση αποκοπής του τελικού αμινοξέος τυροσίνης.  Ωστόσο, πως θα έμοιαζε αυτό το σύμπλοκο και πώς θα λειτουργούσε, παρέμεινε ένας γρίφος. Το επόμενο συναρπαστικό βήμα για εμάς ήταν να ξεδιπλώσουμε τον ακριβή μηχανισμό δράσης του συμπλέγματος VASH1 / SVBP»,

Ο Νάσος Αδαμόπουλος, που έφτιαξε τους απαραίτητους για αυτή την ανάλυση κρυστάλλους του ενζύμου VASH1 / SVBP που χρησιμοποιήθηκαν για  να αποκαλύψουν την δομή του συμπλόκου σε ατομική διακριτικότητα, μας λέει: «Λύνοντας την τρισδιάστατη δομή του συμπλόκου, αποκαλύψαμε μια νέα δομική κατηγορία κυτταρικών πρωτεασών που περιλαμβάνουν ένα ελικοειδή «συνοδό» που “τρυπάει" την υπομονάδα της πρωτεάσης και της επιτρέπει να λειτουργεί. Για να βρούμε τα ακριβή αμινοξέα που απαιτούνται για τη λειτουργία του συμπλόκου, χρησιμοποιήσαμε υπολογιστικές τεχνικές σύνδεσης και μεταλλαξογένεσης κατευθυνόμενης θέσης, για να προτείνουμε πειράματα κυτταρικής Βιολογίας”. Τα πειράματα αυτά, έγιναν από τη Lisa Landskron στο εργαστήριο του Brummelkamp,  και επέτρεψαν την ​​παρακολούθηση της δραστηριότητας του συμπλόκου VASH1 / SVBP μέσα στα κύτταρα . Δύο κύκλοι δοκιμών και υποθέσεων, εναλλάσσοντας πειράματα υπολογιστικής και κυτταρικής βιολογίας, ήταν αρκετοί για να προσδιορίσουν τα ακριβή αμινοξέα που είναι υπεύθυνα για τη λειτουργία αυτής της πρωτεΐνης.

Αυτές οι γνώσεις είναι σημαντικές για την δημιουργία κατευθυνόμενων αναστολέων του ενζύμου, που μπορούν να έχουν θεραπευτική δράση. Η συχνά χρησιμοποιούμενη θεραπευτική αγωγή  πακλιταξέλης για τον καρκίνο, στοχεύει σε κύτταρα που διαιρούνται, και δρα συγκεκριμένα σε μικροσωληνίσκους, επηρεάζοντας την σταθερότητα τους. Επιπλέον, η απομάκρυνση της τυροσίνης έχει εμπλακεί στην καρδιακή δυσλειτουργία, στον σωστό διαχωρισμό των χρωμοσωμάτων κατά τη διάρκεια της μίτωσης, και στη διανοητική καθυστέρηση. Και οι τέσσερις ομάδες που δημοσιεύουν αυτό το μήνα εργασίες για την δομή και τους ρόλους αυτών των νέων ενζύμων στα κύτταρα, υποδεικνύουν τα θεραπευτικά οφέλη που μπορούν να προκύψουν από την ανάπτυξη αναστολέων της δραστηριότητας τους.

“Πιστεύω ότι η μακρόχρονη συνεργασία των ομάδων μας - ενός Γενετιστή και ενός Βιοχημικού -  έχει αποδειχθεί πραγματικά πολύτιμη” εξηγεί ο Αναστάσης Περράκης. “Στο εργαστήριο του Thijn αναζητούν νέους ρυθμιστές βασικών κυτταρικών διεργασιών χρησιμοποιώντας μια γενετική προσέγγιση. Aφού εντοπίσουν αυτούς τους ρυθμιστές, εμπλέκεται η ομάδα μου και μελετάμε τη λειτουργία και τη δράση αυτών των νέων ρυθμιστών σε μοριακή και ατομική λεπτομέρεια. Σε λιγότερο από μια δεκαετία, η κοινή μας έρευνα έχει αποτελέσει την βάση για σημαντικές δημοσιεύσεις, π.χ. στο Nature και Science, αλλά έχει δώσεις τις βάσεις και για την δημιουργία και ανάπτυξη δύο καινοτόμων εταιριών (της Haplogen στην Αυστρία και της Scenic στην Ολλανδία), και ελπίζουμε σύντομα να δούμε τα αποτελέσματα της “μετάφρασης" παλαιότερων ερευνών σε θεραπευτικές προσεγγίσεις να φτάνουν στο στάδιο των κλινικών δοκιμών”.