Επιστήμονες ανακαλύπτουν τον “κώδικα” της κυτταρικής κίνησης – Πρωτοποριακή έρευνα ανοίγει δρόμους για νέες θεραπείες
Ένα νέο επιστημονικό ορόσημο κατέγραψαν ερευνητές από το Νοσοκομείο Παίδων St. Jude και το Ιατρικό Κολέγιο του Ουισκόνσιν, αναπτύσσοντας ένα πρωτοποριακό πλαίσιο επιστήμης δεδομένων για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα κύτταρα μετακινούνται μέσα στο ανθρώπινο σώμα. Η μελέτη τους ρίχνει φως στους μοριακούς μηχανισμούς της κυτταρικής μετανάστευσης και φέρνει στο προσκήνιο νέες δυνατότητες για στοχευμένες θεραπείες σε ασθένειες όπως ο καρκίνος.
Η κυτταρική μετανάστευση: ένα πολυεπίπεδο φαινόμενο
Η μετακίνηση των κυττάρων αποτελεί θεμελιώδη βιολογική διεργασία, εμπλεκόμενη σε κρίσιμες λειτουργίες όπως η ανοσολογική απόκριση, η επούλωση τραυμάτων, η εμβρυϊκή ανάπτυξη του εγκεφάλου και η δημιουργία των αγγείων. Παράλληλα, αποτελεί όπλο για παθολογικές καταστάσεις, όπως η μετάσταση του καρκίνου, όπου κακοήθη κύτταρα εκμεταλλεύονται αυτούς τους μηχανισμούς για να εξαπλωθούν.
Η νέα μελέτη εστιάζει σε δύο κρίσιμες οικογένειες πρωτεϊνών που ρυθμίζουν αυτή τη διαδικασία: τους χημειοκίνες και τους υποδοχείς συζευγμένους με G-πρωτεΐνες (GPCRs). Η αλληλεπίδραση μεταξύ των δύο είναι αυτή που καθοδηγεί την κίνηση των κυττάρων. Όμως, οι πολλές ομοιότητες μεταξύ των μελών αυτών των πρωτεϊνικών οικογενειών δυσκολεύουν τη χαρτογράφηση των «σωστών» ζευγών χημειοκινών και υποδοχέων.
Η κρυπτογράφηση της βιολογικής πληροφορίας
Με τη βοήθεια προηγμένων μεθόδων επιστήμης δεδομένων, οι ερευνητές κατάφεραν να χαρτογραφήσουν τα ακριβή σημεία αλληλεπίδρασης αυτών των πρωτεϊνών. Αυτό έγινε με την ανάλυση εκατοντάδων πρωτεϊνικών αλληλουχιών και δομών τόσο στον άνθρωπο όσο και σε άλλα είδη. Το μεγάλο εύρημα ήταν ότι μικρές, άτακτες (μη δομημένες) περιοχές των πρωτεϊνών περιέχουν την κρίσιμη πληροφορία που καθορίζει την επιλεκτικότητα και τη λειτουργία των ζευγών χημειοκίνης-GPCR.
Σύμφωνα με τον επικεφαλής της έρευνας, Dr. M. Madan Babu, οι πρωτεΐνες χρησιμοποιούν έναν «κομψό μηχανισμό», συνδυάζοντας δομή και αταξία για να κατευθύνουν την κυτταρική μετανάστευση. Η αναλογία με τα ψηφιακά “κλειδιά” ασφάλειας στο διαδίκτυο ήταν αποκαλυπτική: οι μη δομημένες περιοχές (ιδιωτικά κλειδιά) αλληλεπιδρούν με τις δομημένες περιοχές (δημόσια κλειδιά) για να δημιουργήσουν έναν μοναδικό «χημικό ταυτοποιητή», με τον οποίο ένα κύτταρο αναγνωρίζει το σήμα και μετακινείται προς τη σωστή κατεύθυνση.
Τροποποίηση των πρωτεϊνών – Αλλαγή πορείας στα κύτταρα
Οι επιστήμονες δεν περιορίστηκαν στην παρατήρηση του φαινομένου. Προχώρησαν και ένα βήμα παραπέρα, τροποποιώντας στοχευμένα τις χημειοκίνες ώστε να αλλάξουν οι δεσμοί τους με τους υποδοχείς και κατά συνέπεια να επηρεάσουν τη μετακίνηση των κυττάρων. Σε ένα εντυπωσιακό πείραμα, κατάφεραν να μεταβάλουν την κατεύθυνση των Τ-λεμφοκυττάρων (τύπος λευκών αιμοσφαιρίων), μειώνοντας ένα σήμα που φυσιολογικά εμποδίζει την κίνησή τους.
Η ερευνητική ομάδα, στην οποία συμμετείχαν επίσης οι Dr. Andrew Kleist και Dr. Brian Volkman, εκτιμά ότι αυτή η νέα γνώση μπορεί να μεταφραστεί σε καινοτόμες θεραπείες. Για παράδειγμα, θα μπορούσαν να δημιουργηθούν μόρια που οδηγούν τα ανοσοκύτταρα πιο αποτελεσματικά προς τα καρκινικά κύτταρα, ενισχύοντας την επιτυχία της ανοσοθεραπείας. Άλλες εφαρμογές περιλαμβάνουν τη βελτίωση της μεταφοράς αιμοποιητικών βλαστοκυττάρων σε μεταμοσχεύσεις μυελού των οστών ή την ενίσχυση της αγγειογένεσης σε καρδιολογικούς ασθενείς.
Μια νέα εποχή στη στοχευμένη ιατρική
Για να ενισχύσουν την ευρύτερη επιστημονική κοινότητα, οι ερευνητές δημοσίευσαν ανοικτά το πλαίσιο επιστήμης δεδομένων που χρησιμοποίησαν, επιτρέποντας σε γιατρούς και επιστήμονες να δοκιμάσουν παρόμοιες τροποποιήσεις σε δικά τους πειράματα ή θεραπείες. Όπως αναφέρει ο Dr. Babu, «οι κυτταρικές κινήσεις δεν είναι η εξαίρεση – είναι ο κανόνας. Το σώμα μας είναι ένα δυναμικό περιβάλλον, και όσο καλύτερα το κατανοούμε, τόσο περισσότερες θεραπευτικές δυνατότητες ανοίγονται».
Η ανακάλυψη αυτή φέρνει τη στοχευμένη βιοϊατρική ένα βήμα πιο κοντά στην ακριβεία και εξατομίκευση. Σε έναν κόσμο όπου οι κυτταρικές θεραπείες αποκτούν όλο και μεγαλύτερη σημασία, το να μπορούμε να καθοδηγούμε με ακρίβεια τα κύτταρα στο σωστό μέρος, τη σωστή στιγμή, μπορεί να αποτελέσει κλειδί για την καταπολέμηση ανίατων ασθενειών και τη βελτίωση της ανθρώπινης υγείας.
[via]
