Nobuaki Nagasima Werner-szindrómában szenved, amitől a teste extrém gyorsan öregedik. Erika Hayasaki írása jól bemutatja, hogy ennek a betegségnek a tanulmányozása sokmindent elárul génjeink működéséről. Még az is előfordulhat, hogy a Werner-szindróma megértése segíthet megoldást találni az öregedés lelassítására – vagy akár megállítására is.
Ahogy azt még a blog hajnalán írtam egyszer, a világ legősibb sejtvonala nem valamilyen sztárlabor inkubátorainak mélyén tenyészik Petri-csészékben, hanem hús-vér kutyák segítségével maradt fent, több ezer éven át.
„Rákról” mint betegségről beszélni nem egyszerű, hiszen tulajdonképpen nem egyetlen betegségről van szó, hanem olyan mutáció-együttesek százairól, amelyek adott kombinációban az érintett sejtek kontroll nélküli osztódását, súlyosabb esetekben a szervezetben szabadon való terjedését (áttétképzést) teszik lehetővé. Ugyanakkor egy dolog azért mindig elmondható: a rák, ha kialakult, nem ragályos. Nem kell attól tartani, hogy a beteggel érintkezők, vagy őt ápolók elkapják. Léteznek ugyan olyan családon belül öröklődő mutációk, vagy ragályos vírusok (pl. HPV), amelyek jelentősen megnövelik a rák kialakulásának kockázatát, de itt is kockázatokról beszélünk, és nem arról, hogy egy rosszindulatú daganatos sejtvonal új gazdát keres magának, ui. utóbbi, ha meg is történne az új szervezet egyszerűen idegenként ismerné fel a rákos sejtet és kilökné/elpusztítaná.
De mennyire természetes ez, illetve van-e olyan természetes „rák”, ami képes fertőző betegség módjára terjedni? Erről beszélgetünk a mostani impaktákban Újvári Beával, az ausztráliai Deakin University kutatójával.
Mi lenne, ha a rák ragályos lenne? Sokakban merülhet fel ez a kérdés, de szerencsére alaptalanul, ahogy azt egy korábbi posztunkban már kifejtettük: emberben tulajdonképpen nem ismerünk ilyen daganatos betegséget.
De ez persze nem jelenti azt, hogy ilyen nem is létezik, és mint ugyanabban a posztban rámutattunk, legalább három esetről tudunk, amelyek közül kettő emlőst (kutyákat, illetve tasmán ördögöt) érint, egy pedig egy tengeri kagyló fajt.
Most azonban kiderült, hogy a tengeri puhatestűek között sokkal gyakoribb lehet ez az invazív, egyedek közti áttét képzésre is képes betegség, mint azt eddig gondoltuk. A Nature egyik újabb cikke további három tengeri fajt (Mytilus trossulus, Cerastoderma edule, Polititapes aureus) ír le, ahol a puhatestűekre jellemző fehérvérűség egy fajtája így terjed. (Magyarán a metasztatizáló sejtek a beteg egyedekben bizonyíthatóan egy másik egyedből származnak, és nem a saját testi sejtjeikben felhalmozódó mutációk okozzák a betegséget.)
Evolúcióbiológusként az első bejegyzésem itt fura módon az intelligens tervezésről szól. Lassan ott tartunk a világ ismeretében, hogy egészen érdekes dolgokat tudunk racionálisan tervezni. Persze tervezni már régóta tervezünk dolgokat, mint épületeket, járműveket vagy akár számítógépeket. De gyógyszereket? Manapság azokat is.
Olyan betegségekről legyen szó, amelyben egy RNS a ludas. Lehet ez egy RNS vírus vagy egy rák, amelyben egy szabályzó RNS molekula felelős a kontrollálatlan sejtosztódásért. Az RNS molekulák másodlagos szerkezetét (lásd ábra) könnyű számítógépes módszerekkel jósolni. Az így kapott szerkezetben levő elemek ellen kell valamilyen szelektív kis molekulás gyógyszert készíteni, ami kötődve az RNS molekulához, akadályozza annak működését.
Ez így leírva egyszerűnek hangzik, de honnan fogjuk tudni, hogy milyen vegyület kell ezen RNS-en levő szerkezeti egységek ellen? Nem árt, ha van egy adatbázis pont erre a célra. Az elmúlt években Matthew Disney és kutatócsoportja pontosan ilyen adatbázist hozott össze.
Vizsgált RNS-ek másodlagos szerkezete. A másodlagos szerkezetben azt tüntetjük fel, hogy mely bázis mely másik bázissal kapcsolódik (s persze mely bázisok vannak magukban). A legismertebb másodlagos szerkezet a tRNS “lóherelevél” formája. A félkövérrel szedett N-ek jelölik azokat pozíciókat, amelyekre mindenféle kombinációban nukleotidokat helyeztek, s azok kötődését kis molekulákhoz nézték. A jobb és baloldali RNS-ben egy belső hurkot változtattak, míg a középsőnél egy véghurkot.
Az adatbázis alapjául szolgáló adatokat az úgynevezett kétdimenziós, kombinációs szűréssel (two-dimensional combinatorial screening, 2DCS) szerezték. Röviden, vegyünk egy felszínt, amire rakosgassunk fel molekulákat. Ezek lesznek azok a kis molekulák, amelyekről szeretnénk, ha kötődnének valamilyen RNS-hez. Ezeket a molekulákat jól odarakjuk (kémiailag odakötjük, immobilizáljuk). Majd vegyünk egy RNS könyvtárat (azaz sokféle RNS molekulát), amelyben egyetlen belső hurok minden lehetséges változatát előállítottuk. Ez a 6 nukleotidból álló rész összesen 4096 (4×4×4×4×4×4) különböző belső hurkot jelenthet (fenti ábra bal oldali szerkezet). Ezeket eresszük rá az immobilizált kis molekulákra úgy, hogy erős kapcsolódás esetén az RNS molekulák is maradjanak a helyükön. Így később az RNS molekulát kinyerve az felszaporítható PCR-el és szekvenciája meghatározható (hogy tudjuk mi kötődött mihez). Persze a kis molekula nem csak ehhez a 6 nukleotidhoz vagy az általuk kialakított szerkezetekhez kötődhet, hanem az RNS molekula más részeihez is. Minket viszont csak ez a kis részlet érdekelt (ebből is nagyon sok fajta van). Legyártották az RNS-eket úgy is, hogy ez a belső hurok nem szerepel bennük. A kötődésvizsgálatot ezzel a szerkezettel is elvégezve, ha az kötődik ugyan azon kis molekulához, akkor nem a 6 bázisos részen keresztül köt. Ha viszont a belső hurok nélkül nem köti az RNS a kis molekulát, akkor bizony a minket érdeklő részlet felelős a kötődésérét.
A kis molekula kötésére szelektált szekvenciákban/szerkezetekben aztán megkeressük a hasonlóságot (például, hogy UU egymással szemben van, vagy az AC nem párosodó kitüremkedés (belső hurok) mellett legalább egy GC pár is van). Ez a számítógépes része a módszernek. Magának az RNS másodlagos szerkezetnek a meghatározása is számítógépes módszerrel történik.
Az emlőrák kialakításában feltehetőleg részt vevő microRNA-96 nevű szabályozó RNS elnyomja a FOXO1 sejthalált elősegítő fehérje kifejeződését. Így a sejtek nem halnak meg, amikor meg kéne halniuk, s kontrollálatlanul osztódni kezdenek. Ezt az RNS-t egy bis–benzimidazol köti (korábbi tanulmányukból ismerték (Velagapudi et al. 2014)). Ez a vegyület egy U-U belső hurokhoz kötődik (lenti ábrán zöld rész). Bár ez a vegyület igen specifikus erre a szerkezeti elemre, de egy jó gyógyszertől elvárjuk, hogy csak azt a molekulát gátolja, amely ellen hatni kell, s mást ne (ez a szelektivitás). A feltételezés az, hogy U-U belső hurok sincs túl sok a szervezetben levő funkcionális RNS-ekben, de U-U belső hurok és mellette két bázispárral arrébb egy G-G belső hurok együttes még kevesebb. Tehát a kötés specifikusságát, s így a gyógyszer szelektivitását és hatékonyságát tovább növelendő olyan vegyületet kerestek az adatbázisban, ami a közeli G-G belső hurkot köti. Ez a vegyület egy másik bis-benzimidazol. A két vegyület összekapcsolva elvileg ezt a szerkezeti elemet képes csak kötni. S igen, az így kapott molekula (lenti ábrán 3-assal jelölve) hatékonynak bizonyult az microRNA-96 RNS kötésében és sejttenyészetben a rákos növekedés fékezésében / a rákos sejtek apoptózisának indukálásában.
A vegyület RNS-t köt és DNS-t nem. Fontos, hogy más sejtekbe bejutva ott a génállományt ne zavarja. Mutációt indukáló hatása nincs. Egér modellben a vegyület nem mérgező és valamelyest képes visszaszorítani a tumor növekedését (el nem tünteti azt).
Az utolsó pár sorban leírt eredmény a hosszú és drága része a kísérletnek. Minél kevesebb molekulával kell elvégezni, annál olcsóbban jutunk hatékony új gyógyszerhez. Az elejének egy nagy része számítógéppel megoldható, ami sokkal olcsóbb, mint a kísérlet (szaktudás kell hozzá, de amúgy egy sima számítógép elég). Az in silico – számítógépes – technikák egyre fontosabbak a gyógyszerkutatásban. S mostanság az RNS-ek is egyre fontosabb célpontjai a gyógyszerfejlesztésnek, ami számomra is érdekes, mert – bár más okból – de nagyon érdekel az RNS-ek másodlagos szerkezetének és működésének összefüggése.
A fejlett világ egyik vezető halálokává előlépő dagantos megbetegedések a maguk módján tulajdonképpen nem is annyira durvák, mint lehetnének, hiszen nem fertőzőek, így minden egyes betegben a korábbiaktól függetlenül kell kialakulnia a rosszindulatú elváltozást okozó, majd metasztatizálást lehetővé tevő mutáció-kombinációnak.
Nem minden állat ennyire szerencsés azonban, mint korábban arról a blogban is szót ejtettünk legalább három fajról tudunk, ahol létezik ragályos rák: a kutyák, egy észak-amerikai kagylófaj, valamint a tasmán ördög esetében.
Utóbbiak ráadásul egyébként is veszélyeztetett állatok, így már eddig is sok fejtörést okozott, hogy miképp lehet ezt a mindössze 20 éve felbukkant, de rohanvást terjedő daganat-járványt (Devil Facial Tumour – DFT) megállítani.
Most, mintha a helyzet nem lett volna már eléggé gyászos, kiderült, hogy nem is egy betegségről van szó, hanem (legalább) kettőről. Számos, az “általános” tumortípushoz hasonló kinézetű, de szöveti képében attól azért markánsan eltérő daganatot tipizálva kiderült, hogy azok nem az ősi DFT-klón leszármazottai, hanem attól teljesen függetlenül alakultak ki (és akkor a korábban leírt forma innentől DFT1 lesz, az új pedig DFT2).
Ezek a DFT2 tumorok egyáltalán nem hordozzák azokat a marker-mutációkat, amelyek jellegzetesek a DFT1-re, sőt a kromoszómaképük (kariotípusuk) is teljesen más: hiányoznak a DFT1 aneuploid markerkromoszómái (M1-4), vannak felismerhető nemi kromoszómáik, akárcsak a kettes kromoszómapár, ami hiányzik a korábban részletesen leírt tumorból. Nem mellesleg, míg a DFT1 egy nőstény egyedben jött létre, a DFT2-ben találunk Y kromoszómát, vagyis egyértelműen egy hímből származik.
Miért nagyon rossz hír ez? Azon túl, hogy egyszerre két ragályos daganattípus megállításán kell ezután a tasmán ördögöt féltő szakembereknek ügyködniük, a megfigyelés azt sugallja erősen, hogy ez a faj valamiért hajlamos az ilyen daganatok kitenyésztésére. Annak megértése egyébként tök érdekes lenne, hogy miért is van ez, de persze ehhez arra is szükség lenne, hogy ne haljanak idő előtt ki.
Pye RJ, Pemberton D, Tovar C, Tubio JM, Dun KA,et al. (2016) A second transmissible cancer in Tasmanian devils. PNAS 113(2): 374-9.
„Használjatok napkrémet. Ha csak egyetlen egy tanácsot adhatnék a jövőre nézve, a napkrém lenne az. Amíg a napkrém hosszútávú védőhatása kutatók által bizonyított tény, addig a többi tanácsomnak nincs megbízhatóbb alapja, mint saját élettapasztalatom.”
Mary Schmich 1997-es publicisztikája egyike azoknak a szövegeknek, amelyek időről-időre új életre kelnek az interneten. (Bár gyakran, tévesen, Kurt Vonnegutnak tulajdonítják.) A közhelyes életbölcsességeket felsoroló írásnak nem sok helyet tudnák egy tudományos blogban találni – kivéve a bevezetőjének, ami nemcsak, hogy igaz, de így nyár közeledtével aktuális is.
A mellékelt ábra pár héttel ezelőtt került fel az egyik Facebook csoportba és ugyan ott pillanatok alatt megszületett a helyes válasz (lásd alább) a felvetésre, azért az egykori kvízmester által felvetett kérdés nagyon is racionális és mindenképpen megér egy posztot.
Annál is inkább, mert nem teljesen triviális, hogy miért nem veszélyes (pontosabban elhanyagolhatóan veszélyes) a rák szempontjából a vérátömlesztés, illetve a természet nagy törvénye, hogy ami lehetséges, az – időnként – meg is történik, márpedig a “ragályos rák” lehetséges is, illetve időnként meg is figyelhető. De menjünk szép sorban.
A rák gyilkos természete pont abban rejlik, hogy a szervezet saját sejtjei válnak kvázi pszichopata, csak saját osztódásaikra koncentráló egységekké. Márpedig, mivel az “ellenség” belülről jön, az általában külső “ellenség” felkutatására szakosodott immunrendszer sokkal nehezebben tud a dologgal megbirkózni. (Nem véletlen, hogy a 2013-ban már az Év Áttörésének megválasztott rák-immunterápia kifejlesztése évtizedekig tartott.)
Az immunsejtek érésük során a csecsemőmirigyben (tímusz) hosszas szelekciós lépéseken mennek keresztül, egyrészt, hogy felismerjék azokat a sejtfelszíni molekulákat (MHC-I/HLA), amelyek révén a szervezet sejtjei “bemutatják” a bennük található fehérjék darabkáit, így az esetleges patogéneket is (“pozitív szelekció”), másrészt, hogy ha a sejtek csak normális fehérjéket mutatnak be, ne aktiválódjanak (“negatív szelekció”).
Ennek köszönhetően a tímuszból kikerülő immunsejtek már nagy hatékonysággal képesek a sajátot a nem sajáttól megkülönböztetni, ami a korábban említett patogén-válasz mellett a kilökődési reakciók alapját is képezi: hiszen így ismeri fel az immunsejt, mi az ami saját és mi az ami nem (és ezért kell annyira gondosan megválogatni a donorokat a transzplantációk esetében). És bizony, a rákos sejtek ezen a szűrőn általában fennakadnak. Általában, de azt mint alább néhány állati és emberi példa mutatja majd, nem mindig.
Van amikor a puszta empirikus megfigyelések szakszerű értékelése többet mond bármilyen jól megtervezett kísérleteknél. A rákkutatás történetében ilyen volt hat évtizeddel ezelőtt, amikor Nordling, majd Armitage és Doll először leírták, hogy a rákos megbetegedések gyakorisága, valamint az életkor között exponenciális összefüggés van. Ebből a megfigyelésből (is) szűrte le aztán a tudományos élet, hogy a rákos megbetegedéseket a testi sejtekben felhalmozódó, úgynevezett szomatikus mutációk okozzák, amelyek révén egy valamikor volt normális sejt utódjai kontrollálhatatlanul osztódó agresszív sejttömeggé válnak, és fokozatosan működésképtelenné teszik a gazdaszervezetet. Hogy pontosan mi az oka ennek a mutáció-dömpingnek, hogy azt külső, vagy belső faktorok okozzák, azóta is intenzív kutatás tárgyát képviseli.
A daganatos megbetegédeseket kifejezetten a modern ember betegségének beállító hipotézisek egyik érve többnyire az, hogy lám, az állatvilágban mennyire ritka ez a megbetegedés, így nyilván a mesterséges környezetünk váltja ki.
Bár környezetünk kétség kívül bővelkedik ún. rizikófaktorokba (pl. dohányzás vagy azbeszt), amelyek eredményeként bizonyos daganatos megbetegedések gyakorisága megnőhet, mint azt már egy korábbi posztban hosszan leírtam, ez az érv mégis hamis, hiszen az állatvilágban szinte bármerre tekintünk, élő és kihalt fajokra, előbb-utóbb szinte bizonyosan daganatos megbetegedések nyomaira bukkanhatunk.
Mégpedig azért, szól a legelfogadottabb elmélet, mert a rák egyszerűen a többsejtűség egyik velejárója, mintegy kódolva van a többsejtű élőlények genomjában (pontosabban az ilyen genomokban mind ott vannak azok a gének, amelyek szigorúan szabályozva elengedhetetlenek egy többsejtű élőlény kialakításához, ám ha elszabadulnak a szabályozás alól, akkor egyes sejtek gátlás nélkül kezdenek osztódni, újabb és újabb részeit kolonizálva a gazda szervezetének (ez lenne a metasztázis), mígnem végül az sokszor el nem pusztul).
Ennek az elméletnek az értelmében azt várnánk, hogy már a legbazálisabb többsejtű élőlények, így a Csalánozók közé tartozó hidrák esetében is fellelhetünk daganatos betegségeket.