Odmalička nám vštepovali, že vápnik je dôležitý pre rast kostí. Hoci je to pravda, vápnik v tele okrem tejto úlohy plní aj mnohé ďalšie funkcie.
Bunky sú fascinujúce stroje. Obsahujú obrovské množstvo proteínov, ktoré fungujú podobne ako mechanické zariadenia. Navyše v bunkách všetko súvisí so všetkým – jednotlivé časti bunky spolu komunikujú a spolupracujú, takže si bunku môžeme predstaviť aj ako miniatúrne hodinky.
Posol signálov
Spomenutý vápnik (presnejšie vápenatý katión, Ca2+) v bunke totiž plní úlohu posla správ, teda signálov. Vďaka vápniku sa môžu dorozumievať napríklad rôzne organely v bunke. Vápnik zohráva signalizačnú úlohu aj v ďalších procesoch, napríklad pri embryonálnom vývine, kontrakcii kostrového a srdcového svalstva či uvoľňovaní inzulínu z β-buniek pankreasu. V neurónoch pôsobí ako spúšťač prenosu signálu z jedného neurónu na druhý. Pomáha uvoľňovať vezikuly naplnené neurotransmitermi, ktoré prenášajú signál cez synapsie.
Keď vápnik svoju úlohu splní, musí sa rýchlo odčerpať späť do zásobárne. Keby totiž zostal príliš dlho uvoľnený vo vnútornom prostredí bunky (cytoplazme), mohlo by dôjsť k nežiaducim procesom vrátane aktivácie programovanej bunkovej smrti – apoptózy.
Vápniková pumpa
Jedným z mechanických zariadení, ktoré udržiavajú vápnik v bunke v chode, je vápniková pumpa SERCA (sarko/endoplazmatickoretikulárna ATPáza). Funguje doslova ako čerpadlo – využíva energiu vytvorenú v bunke (vo forme chemickej energie z molekuly ATP) na prečerpanie dvoch katiónov vápnika cez membránu vnútrobunkovej zásobárne vápnika, ktorou je endoplazmatické retikulum, resp. vo svalových bunkách sarkoplazmatické retikulum.
Význam tejto pumpy je veľký. Ak nefunguje správne alebo je jej v bunke nedostatok, môže to viesť k vzniku viacerých ochorení. Znížená aktivita alebo nedostatok SERCA sa spájajú napríklad so srdcovými arytmiami, diabetom 1. a 2. typu či niektorými neuropsychiatrickými ochoreniami, ako sú bipolárna porucha a Alzheimerova choroba.
Od simulácií k liečivám
Na zvýšenie aktivity SERCA už existujú rôzne aktivátory. Ako však fungujú? Ako pôsobia na SERCA? A ako by sme mohli vyvinúť ešte účinnejšie liečivá? Odpovede by mohol priniesť výskum Ústavu experimentálnej farmakológie a toxikológie Centra experimentálnej medicíny SAV, v. v. i., kde sa zaoberáme pôsobením rôznych látok na SERCA. Zaujíma nás najmä mechanizmus aktivácie SERCA skupinou látok nazývaných alosterické aktivátory. Ide o látky, ktoré sa viažu na miesta mimo aktívneho centra enzýmu. Tieto miesta sú pre každý proteín a enzým veľmi špecifické a dokážu tak zefektívniť liečbu ochorení, pretože neovplyvňujú ostatné enzýmy.
Spomenuté látky je možné študovať experimentálne, no experiment je možné doplniť aj počítačovými simuláciami. Ako to funguje? Proteín možno simulovať ako veľké množstvo atómov so zodpovedajúcimi hmotnosťami a nábojmi, ktoré sa pohybujú pôsobením síl z ich okolia. Dôležitú úlohu zohráva aj prostredie, v ktorom sa enzým nachádza, preto je potrebné zahrnúť jeho vplyv do simulácie. V našom výskume sledujeme predovšetkým pohyb a štruktúrne zmeny proteínu alebo enzýmu. Na základe týchto údajov vieme objasniť, akú zmenu v SERCA vyvolávajú alosterické aktivátory. Simulácie tak poskytujú cenné náhľady a informácie, ktoré experiment nedokáže odhaliť.
Vo výskume používame aj nedávno uvedený do prevádzky superpočítač Devana, ktorý sa nachádza vo Výpočtovom centre SAV. Jeho výhodou je výpočtová sila a rýchlosť. Keďže náš proteín spolu s prostredím obsahuje veľké množstvo atómov, Devana nám dokáže veľmi pomôcť. Veríme, že vďaka tomu lepšie pochopíme mechanizmy pôsobenia alosterických aktivátorov na SERCA a prispejeme k vývoju účinnejšej liečby súvisiacich ochorení.
Autor článku: Erik Wetter
Ústav experimentálnej farmakológie a toxikológie
Centrum experimentálnej medicíny SAV, v. v. i.
Článok vznikol v spolupráci s platformou Mladí vedci SAV.
Viac takýchto článkov a exkluzívneho obsahu môžete získať vďaka predplatnému.
Máte predplatné?
Prihlásiť sa