Vse, kar se začne z eno celico in se razvije v več kot dvesto vrst celic, mora v vsej svoji zapletenosti ves čas potekati v pravem ravnovesju. Ustrezna, razmeroma visoka raven beljakovine TDP-43 v osnovni matični celici ohranja pluripotentnost, to je sposobnost tvoriti vse vrste telesnih celic. Pri tem ima pomembno vlogo tudi molekula RNK, imenovana NEAT1. Obe sta ključni komponenti majhnih jedrnih telesc paraspeklov, ki se pojavijo v diferenciranih celicah.

Regulatorno mrežo diferenciacije matičnih celic in razvoj zarodka je raziskovala mednarodna skupina raziskovalcev, v kateri je svoje znanje in izkušnje povezalo tudi pet slovenskih. Prof. Jernej Ule in dr. Miha Modic s Crickovega inštituta v Londonu, dr. Gregor Rot s züriške univerze, dr. Tjaša Lepko s Helmholtzevega centra v Münchnu ter prof. Boris Rogelj z inštituta Jožefa Stefana in ljubljanske fakultete za kemijo in kemijsko tehnologijo so v koordinaciji z dr. Michom Drukkerjem iz Münchna v ugledni znanstveni reviji Molecular Cell opisali nepričakovan način, kako celice nadzorujejo izhod iz pluripotence.



Ob prehodu iz matične celice v zgodnjo diferencirano obliko so opazili pojav paraspeklov in ugotovili, da so ti ključni v zgodnjem razvoju. Njihov nastanek je odvisen od prepisa nekodirajoče RNK NEAT1, ki je pod vplivom beljakovine TDP-43: velika količina te beljakovine, ki je opazna pri pluripotentnih celicah, zavira izražanje NEAT1, ob izhodu iz pluripotence pa se raven te beljakovine zniža, poveča se NEAT1 in kot posledica nastanejo paraspekli.

Akterji v tej regulatorni mreži, predvsem TDP-43, so zelo vpleteni na drugem koncu življenjskega cikla celic, v bolezenskih procesih, ki vodijo v umiranje živčnih celic. Znano je, da je omenjena beljakovina ključni dejavnik pri nastanku in napredovanju hudih nevrodegenerativnih bolezni, kot so amiotrofična lateralna skleroza (ALS), frontotemporalna demenca (FTD) in nekatere oblike alzheimerjeve bolezni.
 

80

odstotkov vseh celic v telesu je rdečih krvničk

Zvite nitke

V odkriti regulatorni mreži je več dejavnikov, med posebej zanimivimi je omenjeni NEAT1. Ta je videti kot dolga nitka, sestavljena iz štirih nukleotidov, ki se zvija in postane ogrodje, na katero se nato vežejo nekatere pomembne beljakovine. NEAT1 skupaj z vezanimi beljakovinami tvori paraspekle, ki spadajo med nemembranske organele, strukturne in funkcionalne enote celice, kjer potekajo nekateri znotrajcelični procesi. Ti organeli so vroča tema v celičnih raziskavah.

V nadaljevanju so znanstveniki podrobneje raziskovali procese, povezane z ugotovitvijo, da je beljakovine TDP-43 v jedru začetnih, še nediferenciranih matičnih celic veliko, pozneje, v bolj diferenciranih, pa manj. Ko je te »zaščitne« beljakovine ravno prav in je v ravnovesju, preprečuje nastajanje nitastih NEAT1 in s tem paraspeklov. Kadar pa je je malo, nastajajo dolge strukture NEAT1 oziroma paraspekli.

»Poleg opisanega smo v skupini raziskovali še druge vrste RNK, prav tako v povezavi z nastajanjem paraspeklom podobnih struktur in ALS. Ugotovitve smo objavili in tako potrdili čedalje pomembnejšo vlogo omenjenih majhnih telesc,« pojasnjuje Rogelj, ki na odseku IJS za biotehnologijo vodi skupino za raziskovanje molekularnih osnov nevrodegenerativnih bolezni. Z Uletom sta začela sodelovati pred več kot desetimi leti, ko sta oba delala v Angliji. Že takrat so se posebej posvetili prav RNK-vezavnemu proteinu TDP-43 in leta 2011 odkritja objavili v reviji Nature Neuroscience. Ker je na tem obsežnem raziskovalnem polju še precej sivih lis, naprej raziskujejo na molekularni ravni pomembne proteine oziroma gene, povezane z ALS in FTD.
 

Eno stičišče za dve bolezni

»Z raziskovanjem ALS in FTD odkrivamo skupne točke v molekularnih procesih. Pri obeh boleznih so v igri agregati beljakovine TDP-43. Tako nekateri bolniki zbolijo za ALS, drugi za frontotemporalno demenco, včasih pa človeka prizadeneta obe bolezni. Bolezenski spekter je odvisen od tega, kje v živčevju nastanejo motnje. Če se to zgodi v motoričnih nevronih, se bo razvila bolezen ALS in bolnik bo imel značilne težave z gibanjem, začetek v čelnem ali senčnem možganskem režnju pa vodi v frontotemporalno demenco, ki ima nekoliko drugačen potek kot alzheimerjeva bolezen,« pojasnjuje Rogelj.



Po drugi strani ALS ni povezana s parkinsonovo boleznijo, ki se začne v drugem delu možganov in razlog zanjo je druga beljakovina, alfasinuklein. Prav tako ni skupnih značilnosti z multiplo sklerozo, pri kateri se imunski sistem začne odzivati na lastno tkivo.
 

Od laboratorija do klinike

V povezavi z raziskovanjem ALS in frontotemporalne demence so po Rogljevih besedah naredili velike korake za boljše razumevanje bolezni ter postavili v središče pozornosti molekulo RNK, ki je bila v primerjavi z znamenito dvojno vijačnico DNK zapostavljena.

Leta 2006 so raziskovalci odkrili agregate TDP-43 v možganih bolnikov, ki so umrli z ALS ali FTD, nato je leta 2008 skupina, v kateri je sodeloval tudi Rogelj, odkrila mutacije TDP-43 v povezavi z ALS. Z razvojem tehnologije, novimi metodami sekvenciranja in pridobivanjem velikega števila podatkov so se izboljšale možnosti za bolj poglobljeno raziskovanje RNK.

Sogovornik pojasnjuje, da so temeljne raziskave in odkrivanje različnih mutacij že omogočile klinične aplikacije, kot je predimplantacijska diagnostika. Nova diagnostična orodja pomagajo tudi hitreje do diagnoze, kadar posumijo, da bi lahko šlo za ALS ali frontotemporalno demenco. »Vendar se je treba zavedati,« dodaja, »da je danes mogoče z genetskim testiranjem določiti le kakšnih 10 odstotkov bolezni ALS. Za zdaj so raziskovalci sicer odkrili okrog 50 mutiranih genov, povezanih z razvojem ALS, predvidevajo pa, da so v nastanek te bolezni vpletene v še druge, bolj redke genske mutacije.«

Poleg testov za odkrivanje ALS, ki so že na voljo, potekajo raziskave, kako bi bolj zgodaj, zanesljivo in čim manj agresivno odkrivali agregate TDP-43 v krvi ali spinocerebralni tekočini, morda tudi označevalce za druge molekule, značilne za ALS.

Poleg temeljnih raziskav potekajo klinične študije, s katerimi iščejo nove načine zdravljenja ALS in frontotemporalne demence. Pri nevrodegenerativnih boleznih je težko zanesljivo ugotoviti, kdaj se začnejo, saj so ponavadi precej časa pritajene. Nase začnejo z različnimi znaki opozarjati šele, ko bolezen napreduje. Zamik je povezan s sicer ugodno lastnostjo živčevja, ki je precej »plastično«, odporno in se prilagaja na spremembe z redundanco, nadomeščanjem. Vendar to na žalost pomeni, da ob odkritju očitnih znakov ALS že najmanj 60 odstotkov motoričnih nevronov propade, takrat pa niti prej še delujoči »blažilni« oziroma nadomestni mehanizmi ne zmorejo več opravljati motoričnih funkcij organizma. Tudi zato so pomembne raziskave za zgodnejše odkrivanje in zdravljenje te hude bolezni, v bližnji prihodnosti morda z matičnimi celicami in drugimi pristopi.