Článek
Život na té nejzákladnější úrovni je fascinující tanec mezi růstem a odpočinkem. Naše tělo se skládá z bilionů buněk, z nichž mnohé neustále pracují, dělí se a nahrazují staré nebo poškozené buňky. Tento proces buněčného dělení (proliferace) je nezbytný pro náš vývoj, růst a hojení ran. Ale stejně důležitá je schopnost buněk vstoupit do klidového stavu (quiescence), kdy se nedělí, ale zůstávají metabolicky aktivní a připravené v případě potřeby znovu nastartovat růst.
Nerovnováha mezi těmito stavy je základem mnoha závažných onemocnění. Když buňky nekontrolovatelně proliferují, vzniká rakovina. Když naopak buňky ztrácejí schopnost opustit klidový stav a dělit se, nemůže docházet k regeneraci tkání, což může vést k degenerativním stavům nebo třeba k vypadávání vlasů.
Vědci se dlouho snaží pochopit, jak buňky rozhodují, zda vstoupí do klidového stavu, nebo se začnou dělit. A nyní, výzkum z University of California, San Diego (UC San Diego) odhalil nečekaného hráče v tomto zásadním procesu – malý, ale nesmírně důležitý kanál v buněčné membráně.
Buněčná „brána“ reagující na dotek: Kanál Piezo1
Tímto klíčovým hráčem je protein nazývaný kanál Piezo1. Jedná se o takzvaný mechanosenzitivní iontový kanál. To znamená, že se otevírá nebo zavírá v reakci na fyzickou sílu nebo mechanické napětí působící na buněčnou membránu – v podstatě reaguje na „dotek“ nebo „natažení“ buňky.
Když se kanál Piezo1 otevře, umožní specifickým iontům, především iontům vápníku, proudit z vnějšího prostředí do nitra buňky. Vápník je v buňce klíčovým signalizačním prvkem, který spouští nebo ovlivňuje celou řadu buněčných procesů.
Doposud bylo známo, že Piezo1 hraje roli v různých procesech souvisejících s vnímáním mechanické síly, jako je pocit doteku, vnímání průtoku krve nebo růst kostí reagující na zátěž. Nový výzkum týmu, na kterém se podíleli mimo jiné profesor bioinženýrství Geert Schmid-Schönbein a vedoucí studie Dr. Shareef Ghazaleh, však odhalil jeho zcela novou a překvapivou funkci.
Překvapivý objev: Piezo1 jako strážce buněčného klidu
Vědci z UC San Diego pečlivě zkoumali, co se děje s kanálem Piezo1 a tokem vápníku v buňkách, když přecházejí z klidového stavu (G0) do aktivního dělení. Zjistili něco zcela neočekávaného:
Ukázalo se, že v buňkách, které jsou v klidovém stavu a nedělí se, je kanál Piezo1 aktivní. Není úplně dokořán, ale propouští malý, stálý přísun vápníkových iontů do buňky, a to i za normálních podmínek, bez výrazného mechanického podnětu. Tento nízký, ale nepřetržitý přísun vápníku do klidových buněk působí jako signál, který inhibuje jejich vstup do buněčného cyklu. Vápník z kanálu Piezo1 je tedy jakýmsi signálem pro setrvání v klidu.
Co se stane, když buňka dostane signál, že je potřeba, aby se začala dělit (například při hojení rány)? Vědci zjistili, že v tomto okamžiku se aktivita kanálu Piezo1 sníží. Buď se kanál zavře, nebo se stane méně citlivým na mechanické podněty, čímž se sníží tok vápníku do buňky. A právě toto snížení přísunu vápníku prostřednictvím Piezo1 je oním klíčovým momentem, který buňce umožní opustit klidový stav a vstoupit do fáze aktivního dělení!
Shrnuto: Aktivní Piezo1 a stálý přísun vápníku = Buňka zůstává v klidu. Snížení aktivity Piezo1 a pokles přísunu vápníku = Buňka se začíná dělit.
Piezo1 se tak jeví jako jakýsi hlavní přepínač nebo brána, která reguluje, zda buňka zůstane v klidu, nebo se vydá na cestu dělení.
Dvě strany mince: Rakovina a růst vlasů
Tento objev má obrovské potenciální důsledky pro medicínu. Pokud je Piezo1 skutečně klíčovým regulátorem přechodu mezi klidem a dělením, pak manipulace s jeho aktivitou by mohla být mocným nástrojem pro léčbu nemocí:
- Boj proti rakovině: Rakovinné buňky ignorují signály k zastavení dělení a neustále proliferují. Pokud rakovinné buňky z nějakého důvodu postrádají normální aktivitu Piezo1 (což jim umožňuje nekontrolovaně se dělit), pak by zvýšení nebo obnovení aktivity kanálu Piezo1 v těchto buňkách mohlo potenciálně zatlačit rakovinné buňky zpět do klidového stavu, zastavit jejich růst a šíření nádoru. Piezo1 by se tak mohl stát novým terčem pro protirakovinné léky.
- Obnovení růstu vlasů (a regenerace): Vlasové folikuly procházejí cykly růstu a klidu. Vypadávání vlasů často souvisí s tím, že kmenové buňky ve folikulech zůstávají "uvězněné" v klidovém stavu a nezačnou se dělit, aby spustily růst nového vlasu. Pokud aktivní Piezo1 udržuje buňky v klidu, pak by inhibice nebo snížení aktivity kanálu Piezo1 mohlo "probudit" spící kmenové buňky ve vlasových folikulech, stimulovat je k dělení a nastartovat opětovný růst vlasů. Podobný princip by se mohl uplatnit i při podpoře regenerace jiných tkání.
Výzkumný tým z UC San Diego použil při svém bádání sofistikované techniky, včetně pokročilého zobrazování toku vápníku v reálném čase a genetické manipulace buněk, aby potvrdil roli Piezo1. Jde o základní výzkum, který sice ještě není hotovým lékem, ale identifikuje naprosto nový mechanismus a nový molekulární cíl pro budoucí terapie.
Nová naděje
Objev, že jediný mechanosenzitivní iontový kanál může fungovat jako tak zásadní „brána“ rozhodující o osudu buňky – zda bude odpočívat, nebo se dělit – je fascinující. Poskytuje nám hlubší vhled do základní buněčné biologie a otevírá dveře k potenciálně zcela novým způsobům léčby onemocnění charakterizovaných buď nadměrným (rakovina), nebo nedostatečným (vypadávání vlasů, problémy s regenerací) buněčným dělením.
Kanál Piezo1, tato drobná buněčná brána citlivá na mechanické signály, by se tak v budoucnu skutečně mohl stát klíčem k řešení některých z nejpalčivějších medicínských výzev naší doby. Je to další důkaz toho, jak složité a elegantní jsou procesy probíhající uvnitř našich buněk a kolik toho o nich ještě nevíme.
