Сегодня ученые активно изучают молекулярные основы многих болезней, выясняют, какие изменения метаболизма на клеточном уровне происходят при диабете, какова роль жиров при онкологических процессах или белковых соединений в генезе депрессии. Сегодня также прицельно изучается работа митохондрий, цитоплазматических везикул, мембран и транспортных белков. Если определить основу патологии, проще будет найти механизмы воздействия на нее за счет медикаментов или новых технологий. Что же обнаружено в последние годы?
Роль липидов в работе клеток и генезе патологий
Каждая клетка покрыта липидной мембраной, которая позволяет одним химическим веществам входить и выходить сквозь нее, блокируя пути другим. Жиры в составе мембраны, не инертные соединения — они являются сложными, соединенными с белковыми комплексами и функционально активными. В мембранном комплексе жиры представляют собой отдельные «острова», где образуются каналы и поры. Точная функция этих структур активно обсуждается, но ученые усердно пытаются понять, что они могут значить при некоторых болезнях, включая депрессию.
Недавние исследования показали, что понимание механизмов передачи сигналов за счет молекул жиров может помочь в усилении активности антидепрессантов и уменьшении их побочных влияний, разработке новых, более эффективных препаратов.
Механизмы депрессии и новые открытия
G-белки, которые являются переносчиками сигналов в клетки, дезактивируются, когда они прикрепляются к липидным «островам». Когда их активность падает, нейронные импульсы блокируются и связи между ними ослабевают, что, теоретически, может вызвать некоторые симптомы депрессии. Но в других исследованиях было показано, что антидепрессанты извлекают G-белки из липидных «островов», и тем самым подавляется депрессия. Дальнейшее изучение того, как сама депрессия и препараты против нее влияют на мембраны клеток, помогут в разработке более эффективной терапии.
В других исследованиях изучалась потенциальная роль липидных молекул в резистентности к лекарственным средствам и метастазировании при раке поджелудочной железы и яичников, а также в генезе когнитивных изменений при болезни Альцгеймера.
Несмотря на то, что слоистая структура липидной мембраны была впервые обнаружена в середине прошлого века, липидные «острова» являются относительно новым дополнением в строении мембраны. Многие вопросы об их структуре и функции до сих пор остаются без ответа.
Внеклеточные везикулы в генезе болезней
Внеклеточные везикулы — это крошечные пузырьки, которые переправляют различные химические соединения между клетками. Они помогают в передаче информации и играют роль в таких процессах, как коагуляция, клеточное старение и иммунный ответ. Поскольку они передают информацию как часть обширной межклеточной связи, неудивительно, что при поломке этого механизма возможны болезни. Кроме того, поскольку они могут переносить сложные молекулы, включая белки и ДНК, есть все шансы, что они могут передавать специфические для болезни соединения, такие как белки, участвующие в нейродегенеративных заболеваниях.
Опухоли также продуцируют внеклеточные везикулы и, хотя их роль еще не полностью понята, вероятно, что они помогают развитию рака в отдаленных местах (метастазирование). Если ученые смогут научиться читать эти межклеточные сигналы, можно будет получить представление о различных болезнях. Теоретически все, что нужно будет сделать, прервать патологическую передачу информации о раке или болезни.
Эндоплазматический ретикулум и белки в генезе обменных расстройств
Многие из тех, кто в школе изучал биологию, помнят о наличии в клетках эндоплазматического ретикулума (ЭР). Это взаимосвязанная сеть сплюснутых мешков внутри цитоплазмы, расположенная близко к ядру. Его считают складом белков, которые затем выделяются из клеток и используются организмом. Очень важно, чтобы белки внутри него складывались правильно. Если процесс нарушается, ЭР не будет передавать их в конечный пункт назначения. Во время стресса, когда ЭР работает с нагрузкой, могут образовываться дефектные, несвернутые белки. Формируется специфический стрессовый ответ, при котором клетка пытается вернуться к нормальному функционированию, очистившись от дефектных белков. Для этого тормозится дальнейшее производство белка, разрушаются плохо уложенные готовые белки, корректируется работа. Если процесс необратим, клетка гибнет путем апоптоза, запрограммированного самоубийства.
Роль ретикулума в генезе диабета
Стресс и повреждение ЭР с последующим нарушением синтеза белка являются основой некоторых заболеваний, одним из которых является диабет. Инсулин производится поджелудочными бета-клетками, и поскольку производство этого гормона изменяется в течение дня, активность ЭР растет и падает, а это означает, что эти клетки должны эффективно синтезировать белки в условиях стресса.
Исследования показали, что высокий уровень сахара в крови при диабете стимулирует синтез белка в ЭР. Если он не сможет справиться с задачей, бета-клетки становятся дисфункциональными и умирают. Поскольку число бета-клеток истощаются, инсулин больше не может производиться, когда это необходимо, и развивается диабет.
Роль митохондрий в генезе неоплазии
Активно обсуждается роль митохондрий в генезе рака. Злокачественные клетки делятся неконтролируемым образом, это энергетически дорого, что делает митохондрии главными подозреваемыми в прогрессии онкологии. Помимо способности митохондрий генерировать энергию для раковых клеток, они также помогают клеткам адаптироваться к новым или стрессовым условиям. Помимо этого, раковые клетки обладают сверхъестественной способностью перемещаться из одной части тела в другую, создавать новые очаги и, продолжая размножаться почти без кислорода, использовать митохондрии как основные источники энергии.
Помимо болезни Паркинсона и рака, есть свидетельства того, что мутации ДНК митохондрий могут быть виновны в развитии жирового гепатоза печени и некоторых болезней легких. Ученым еще многое предстоит узнать о том, как эти активные органеллы влияют на болезни.
