Białko Toksyna grzybowa hamuje produkcję białek w komórkach

Naukowcy odkryli toksynę grzybową, która hamuje działanie komórkowych „fabryk” białek. Odkrycie to nie tylko rzuca światło na podstawowe mechanizmy produkcji białek, ale w dłuższej perspektywie może również utorować drogę do opracowania innowacyjnych metod leczenia.

Berno/Szwajcaria – Każda komórka naszego organizmu potrzebuje białek do wzrostu, regeneracji, obrony przed patogenami oraz niemal wszystkich innych procesów życiowych. Białka te są wytwarzane przez maleńkie „fabryki białek”, tzw. rybosomy. Zaburzenia w produkcji białek wiążą się z chorobami takimi jak nowotwory, zaburzenia rozwoju i infekcje wirusowe. Dlatego naukowcy na całym świecie poszukują substancji, które w sposób specyficzny wpływają na produkcję białek, aby lepiej zrozumieć funkcjonowanie rybosomów i opracować nowe metody terapeutyczne.

Zespół badawczy z Wydziału Chemii, Biochemii i Nauk Farmaceutycznych (DCBP) Uniwersytetu w Bernie opracował nową metodę pozwalającą na precyzyjną identyfikację substancji wpływających na funkcjonowanie rybosomów. Badania wykazały, że określona toksyna grzybowa spowalnia produkcję białek i wprowadza „fabryki białek” komórki w rodzaj stanu uśpienia. Badania przeprowadzono we współpracy z Centrum Przesiewania Biomolekularnego przy EPFL oraz Centrum Wiedzy o Kryo-EM przy ETH w Zurychu, a ich wyniki opublikowano niedawno w czasopiśmie „Communications Biology”.

28 000 różnych substancji przebadanych metodą berneńską

Aby wyszukać konkretnie substancje wpływające na produkcję białek, naukowcy z Uniwersytetu w Bernie nie zastosowali tradycyjnych testów z wykorzystaniem żywych komórek. Są one zbyt złożone, by wykazać bezpośredni wpływ. Zamiast tego opracowali system testowy, który naśladuje proces produkcji białek u człowieka poza żywymi komórkami. Korzystając z tego systemu, przebadali 28 000 różnych substancji, mierząc w każdym przypadku ilość wyprodukowanego białka. „Redukując komórki, że tak powiem, do ich podstawowych elementów, możemy bardzo precyzyjnie zbadać, czy dana substancja ma bezpośredni wpływ na produkcję białek u człowieka” – wyjaśnia Nino Schwaller, pierwszy autor badania i student studiów magisterskich w DCBP. Dodaje: „Dzięki naszej nowej metodzie możemy badać wpływ toksyn środowiskowych i potencjalnych związków czynnych na jeden z najbardziej fundamentalnych procesów biologicznych życia, a mianowicie produkcję białek, z dużo większą precyzją niż dotychczas”.

Mikotoksyna zbożowa oddziałuje na określone cele

Spośród wielu badanych substancji na szczególną uwagę zasługiwała mikotoksyna NT-2, wytwarzana przez grzyby zbożowe z rodzaju Fusarium. Grzyby te atakują pszenicę, jęczmień, owies i kukurydzę, niszcząc uprawy oraz zanieczyszczając żywność i paszę dla zwierząt. Zespół badawczy wykazał obecnie, że mikotoksyna NT-2 wiąże się bezpośrednio z rybosomami. „Byliśmy pod szczególnym wrażeniem tego, jak precyzyjnie ta naturalna toksyna atakuje komórkowe fabryki białek” – mówi Schwaller. Jeszcze bardziej zaskakująca była następująca obserwacja: „Rybosomy mają zasadniczo bardzo podobną budowę u roślin, zwierząt i grzybów, więc należałoby się spodziewać, że NT-2 wiąże się również z rybosomami w tych organizmach i blokuje ich produkcję białek. Co ciekawe, komórki grzybów wytwarzających tę toksynę wydają się być jednak same chronione przed działaniem NT-2” – wyjaśnia Schwaller. Badanie to pomaga nam zrozumieć, w jaki sposób toksyny grzybowe pochodzące ze skażonego zboża mogą zakłócać kluczowe procesy zachodzące w komórkach ludzkich.

Rybosomy pozostają w „trybie uśpienia”

Zespół dokonał najbardziej zaskakującego odkrycia, gdy dokładniej zbadał rybosomy z komórek poddanych działaniu NT-2. Znaczna część rybosomów znajdowała się w stanie stabilnym, ale nieaktywnym. „Można to sobie wyobrazić tak, jakby fabryki białek w komórce zostały przełączone w tryb uśpienia, z którego nie są już w stanie samodzielnie się obudzić” – wyjaśnia dr Evangelos Karousis, główny autor badania i kierownik grupy badawczej w DCBP na Uniwersytecie w Bernie. „Nasze obserwacje mogą wyjaśniać, dlaczego niektóre toksyny środowiskowe lub leki pozostawiają długotrwałe ślady w komórkach” – dodaje.

Nowe badanie łączy kilka dziedzin nauki: pokazuje, w jaki sposób toksyna pochodząca z grzybów atakujących zboża zakłóca jeden z najbardziej podstawowych procesów zachodzących w komórkach ludzkich, dostarcza nowych informacji na temat funkcjonowania rybosomów, a jednocześnie wprowadza metodę pozwalającą na precyzyjną identyfikację substancji wpływających na produkcję białek. „Wiele poważnych chorób wiąże się z tym, że komórki wytwarzają zbyt dużo, zbyt mało lub niewłaściwe białka” – mówi Karousis. „Jeśli lepiej zrozumiemy, w jaki sposób można spowolnić działanie tych fabryk białek lub celowo wprowadzić je w stan spoczynku, może to ostatecznie pomóc w opracowaniu nowych metod leczenia”. Uniwersytet w Bernie jest jednym z wiodących ośrodków zajmujących się opracowywaniem innowacyjnych metod analizy procesów komórkowych. Przedstawiona obecnie platforma badawcza stanowi doskonały przykład tego, w jaki sposób naukowcy z Berna tworzą narzędzia, które ściślej łączą badania podstawowe z przyszłymi zastosowaniami medycznymi. W kolejnym etapie naukowcy planują zbadać, w jakich warunkach „uśpione” rybosomy można ponownie aktywować oraz jak powszechny jest ten szczególny stan spoczynku w komórkach – na przykład podczas stresu, choroby lub narażenia na inne toksyny środowiskowe.