Új módszer a rákos és neurodegeneratív betegségek kialakulásának megértéséért
A sejtjeinket felépítő molekulák építőegységei között fontos folyamatok játszódnak le. A folyamatokban bekövetkező hibák, vagy az építőegységek torzulása súlyos betegségekhez vezethet. Azért, hogy ezt a mikroszkopikus világot jobban megértsük, magyar és német kutatók olyan eljárást dolgoztak ki, ami hatékonyan és az eddigieknél sokkal precízebben mutatja meg a fehérjék szerkezetében bekövetkező változásokat – derül ki a kémia egyik vezető szaklapjában, az Angewandte Chemie című folyóiratban megjelent tanulmányukból.
Szervezetünkben a fehérjék építőkövei az aminosavak. Az aminosavak sorrendje határozza meg a fehérjék tulajdonságait és azt, hogy milyen folyamatokban játszanak szerepet. Az utóbbi években egyre nagyobb az érdeklődés a rendezetlen fehérjék iránt, melyek nem rendelkeznek stabil szerkezettel, mozgékonyak és szerkezeti sokaságok halmazaként írhatók le - innen ered a megnevezésük is. A kutatások rávilágítottak, hogy a rendezetlen fehérjék, illetve rendezetlen fehérje szakaszok fontos szabályozó szerepet játszanak különböző biokémiai folyamatokban, és több megbetegedés kialakulásához is hozzájárulnak. Így kapcsolatba hozhatóak a Parkinson és Alzheimer-kórral, rákos megbetegedésekkel, valamint a 2-es típusú cukorbetegséggel is. Egy rendezetlen fehérje bővelkedik hidrofil oldallánccal és töltéssel rendelkező aminosavakban, illetve gyakori a „szerkezettörő” tulajdonsággal bíró prolin jelenléte is. A prolin különleges felépítésének köszönhetően nehezen vizsgálható, ugyanakkor jelentős biokémiai szabályozási folyamatokban vesz részt, így átfogó jellemzése kiemelt fontossággal bír.
NMR spektroszkópia: a mérési módszer
Az ELTE TTK, a német karlsruhei KIT egyetem és a Bruker cég kutatói, Bodor Andrea egyetemi docens, az ELTE Kémiai Intézet munkatársa vezetésével közösen olyan, új mágneses magrezonancia méréseken alapuló (NMR: Nuclear Magnetic Resonance)
spektroszkópiai módszert fejlesztettek ki, amivel pontosabban, könnyebben és gyorsabban lehet egy rendezetlen fehérje működését feltérképezni.
A módszertani áttörés lehetővé teszi, hogy eddig feltáratlan, vagy nehezen tanulmányozható biokémiai folyamatokat jellemezni lehessen. A születendő eredmények rávilágítanak a lejátszódó folyamatok mechanizmusára és nagymértékben hozzájárulnak egyes betegségek kialakulásának megértéséhez.
Prolin: a „szerkezettörő” aminosav
A prolin különleges tulajdonságai közé tartozik, hogy ellentétben a természetben előforduló más aminosavakkal, nagyobb eséllyel alakít ki különböző téralkatokat, úgynevezett cisz-/transz- izomereket. Míg a megszokott térállás a fehérjékben általánosságban a transz, addig a rendezetlen fehérjékben változó mennyiségben a prolin mindkét téralkata előfordulhat. A két forma eltérő szerkezetet hoz létre a prolin környezetében: a transz-prolin nyújtottabb alakot, míg a cisz-prolin kanyart alakít ki. A különböző térállások befolyásolják a rendezetlen fehérjék kötőpartnereikkel történő kölcsönhatásait, így hatással vannak a biokémiai folyamatok lejátszódására.
„Érthető módon lényeges kérdés a prolin izomer formáinak meghatározása, és az adott izomerek mennyiségének ismerete. Korábban a prolin jelenlétének feltérképezéséhez időigényes, költséges eljárásokat alkalmaztak, amit szintetikus úton valósítottak meg. Ez egy mesterséges beavatkozás, ami a cisz-transz prolin egyensúly megbontásához, az eredmények torzulásához vezet. A jó megoldást méréstechnikai úton lehet megtalálni, és olyan technikára érdemes alapozni, ami kellően érzékeny és széleskörűen alkalmazható - ezért mi egy újfajta megközelítés után néztünk” – mondta Bodor Andrea, a kutatás vezetője.
A rendezetlen fehérjék jellemzésére az NMR spektroszkópia az alkalmas technika, ugyanis a mobilis szakaszok jellemzése röntgen krisztallográfiai és a manapság nagy népszerűségnek örvendő krio-elektronmikroszkópiai módszerekkel nem lehetséges. „Mindezek tükrében olyan eljárást kellett fejlesztenünk, ami lehetővé teszi aránylag rövid mérési idő alatt kis mennyiségű prolin izomer észlelését, kiváló felbontás mellett. Az új technika előnye, hogy a mérések bármely bioNMR laborban elvégezhetőek, nem kell speciális mérőfejekkel ellátott készülékeken mérni” – hangsúlyozta ki Bodor Andrea.
Az új módszer és a fehérjeműködés megismerésének jövője
Az új módszer hatékonyságát a biológiai szempontból igen jelentős tumorszuppresszor p53 fehérje egy rendezetlen szakaszán igazolták, kimutatva, hogy a szervezetben is előforduló módosítások (jelen esetben a foszforiláció) hatással lehetnek a cisz-transz prolin egyensúlyra, ezáltal a fehérje működését is befolyásolják. Általánosságban elmondható, hogy lehetőség nyílik bármely – elsősorban rendezetlen fehérje esetén - in vitro körülmények között egyértelműen, időigényes, bonyolult eljárások nélkül egyensúlyi izomerek kimutatására. Ezek további átalakulásokban való részvétele is nyomon követhető, ami az adott fehérje működésének megismeréséhez vezet.
Tágabb értelemben az új módszer segítségével követhetővé válik a fehérjeműködés meghibásodásának, vagyis betegségek kialakulásának folyamata.
„A bemutatott eredmények sikeres együttműködéseken alapulnak” tette hozzá Bodor Andrea. „Sok éves kooperációs múltra tekintünk vissza Nyitray László csoportjával az ELTE Biokémiai Tanszékéről, együttműködünk továbbá Burkhard Luy karlsruhei KIT egyetemen működő csoportjával, és Wolfgang Bermellel a Bruker cégtől.”
A közlésre elfogadott tudományos cikket az Angewandte Chemie folyóirat szerkesztője a bírálói vélemények alapján „Highly important paper”-ként minősítette.