Aby srdce fungovalo tak, ako má


Aby srdce fungovalo tak, ako má

Plynulá činnosť srdca je nesporne jednou z najdôležitejších funkcií, ktorá musí byť zabezpečená pre riadne fungovanie ľudského organizmu. Priamym spúšťačom kontrakcie srdcového svalu je prechodné zvýšenie koncentrácie Ca2+ iónov vo svalovej bunke. Tieto ióny sú mobilizované cez otvorené ryanodínové receptory (RYR2) a fungujú ako ich kanály. Aby sme si vedeli dôležitosť týchto procesov lepšie predstaviť, myši so zablokovanou expresiou tohto proteínu zomierali už počas embryonálneho vývoja.

Úloha RYR2 kanála v procese kontrakcie srdcového svalu je zásadná a nezastupiteľná, zdôrazňuje Mgr. Marta Gaburjáková, PhD. (Centrum biovied SAV), zodpovedná riešiteľka projektu Luminálna regulácia srdcového ryanodínového receptora a jej molekulárne mechanizmy. Na zabezpečenie stability rytmickej činnosti srdca je podľa nej potrebné precízne kontrolovať vrátkovanie RYR2 kanála (otváranie a zatváranie).

„K hlavným regulačným doménam patrí objemná cytoplazmatická hlavička kanála, na ktorej sú lokalizované väzbové miesta pre viaceré regulátory ako napr. Ca2+ ióny, ATP a kofeín. Počas posledných 20 rokov sa zistilo, že dôležitú regulačnú úlohu má aj opačná strana RYR2 kanála, ktorá je vystavená Ca2+ iónom uskladneným v lumene vnútrobunkových Ca2+ zásobníkov. Molekulárny mechanizmus tohto regulačného procesu sa v súčasnosti intenzívne skúma, pretože jeho narušenie spôsobené bodovými mutáciami na RYR2 kanáli sa spája s generovaním život ohrozujúcich srdcových arytmií. Zákernosť tohto genetického ochorenia je v tom, že sa v pokoji počas EKG vyšetrenia neprejavuje. Arytmie sa generujú iba počas fyzickej aktivity alebo emočného stresu, kedy sa do krvi vylučujú katecholamíny.“

schéma luminálnej regulácie RYR2 kanála

Cieľom uvedeného projektu je získanie kvalitatívne nových informácií o luminálnej regulácii RYR2 kanála, ktoré by vedcom zásadným spôsobom umožnili pochopiť detaily molekulárneho mechanizmu.

„Boli navrhnuté dva základné koncepty. Každý z nich preferuje inú stranu RYR2 kanála (cytoplazmatickú alebo luminálnu) ako hlavnú interakčnú doménu pre luminálne Ca2+ ióny, ktoré môžu voľne prechádzať kanálom v smere lumen-cytoplazma. Najnovšie poznatky o štruktúre RYR2 kanála, nám umožňujú využiť trojmocné katióny na vyblokovanie Ca2+ väzbových miest oddelene na luminálnej a cytoplazmatickej strane RYR2 kanála. Predpokladáme, že získané výsledky by nám mali odpovedať na otázku, ktorý z navrhnutých mechanizmov je dominantný, resp. či navzájom koexistujú alebo kompetujú. Okrem čisto biofyzikálneho prístupu je našou snahou aj posúdenie fyziologickej relevancie jednotlivých mechanizmov v experimentálnych podmienkach, ktoré simulujú prostredie v srdcovej svalovej bunke,“ vysvetľuje zodpovedná riešiteľka.

Hlavným experimentálnym prístupom je podľa nej metóda rekonštitúcie iónového kanála v planárnej lipidovej membráne. „Podstata tejto náročnej elektrofyziologickej metódy je nahradenie prirodzenej bunkovej membrány, v ktorej je zabudovaný RYR2 kanál, umelým systémom, a to planárnou lipidovou membránou (BLM). BLM formujeme na rozhraní dvoch vodných fáz a po úspešnej inkorporácii RYR2 kanála zaznamenávame prúdy iónov, ktoré pretekajú otvoreným kanálom.“

BLM setup

V súčasnosti vedci finalizujú prácu na projekte, analyzujú a pripravujú dáta na publikovanie. „Podarilo sa nám priniesť silné dôkazy o dominantnej úlohe luminálnej strany RYR2 kanála v jeho regulácii luminálnymi Ca2+ iónmi. Získané výsledky jednoznačne podporujú existenciu Ca2+ väzbových miest priamo na luminálnej strane RYR2 kanála. Blokačný účinok trojmocných katiónov na luminálnej strane môžeme pripísať iba interakcii s luminánou stranou RYR2 kanála, pretože trojmocné katióny neprechádzajú vodivým pórom RYR2 kanála. Použitie trojmocných katiónov nám prinieslo výsledky s porovnateľnou vedeckou hodnotou ako tie, ktoré by sme získali generovaním mutovaných RYR2 kanálov s narušenou väzbovou afinitou pre Ca2+. Nami navrhnutá experimentálna stratégia má veľkú výhodu v tom, že je omnoho lacnejšia ako metóda bodových mutácií a v neposlednej rade nám poskytuje väčšiu flexibilitu, pretože blokačný účinok trojmocných katiónov je vymývateľný,“ priblížila Mgr. Marta Gaburjáková, PhD.

Súčasťou projektu je spolupráca s dr. Janosom Almassym z Maďarska (University of Debrecen). Dr. Almassy je molekulárny fyziológ, ktorý má bohaté skúsenosti s použitím trojmocných katiónov v elektrofyziológii ionových kanálov. V rámci riešeného projektu s ním naši vedci konzultovali výber najvhodnejších experimentálnych podmienok, aby zabezpečili jednoznačnú interpretáciu získaných výsledkov.

Ako ešte dopĺňa Mgr. Marta Gaburjáková, PhD., RYR2 kanál sa v posledných rokoch stal novým atraktívnym targetom pre farmakologické intervencie v rámci personalizovanej medicíny v oblasti kardiológie. „Aby bolo možné vyvinúť nové, účinnejšie a predovšetkým selektívne liečivá s minimom nežiadúcich účinkov, je kľúčové detailne pochopiť všetky aspekty regulácie RYR2 kanála vo fyziológii, ako aj v patofyziológii.“

Projekt je financovaný z prostriedkov agentúry VEGA zo Slovenska (2017 – 2019) a rieši sa v Centre biovied SAV (Bratislava) na Oddelení biofyziky a elektrofyziológie. Riešiteľský tím je tvorený dvomi vedeckými pracovníčkami: Mgr. Martou Gaburjákovou, PhD. (vedúca projektu) a Mgr. Janou Gaburjákovou, PhD. Do riešenia projektu boli na Slovensku zapojení aj bakalaranti a diplomanti z Prírodovedeckej fakulty UK a Fakulty matematiky, fyziky a informatiky UK: Bc. Veronika Dreveňáková a Bc. Monika Drozdová.

 

Odborný garant textu a fotografie poskytla: Mgr. Marta Gaburjáková, PhD., Centrum biovied SAV

Spracovala: Slávka Cigáňová (Habrmanová), NCP VaT pri CVTI SR

Uverejnila: VČ

Súvisiace:

Hore
Aurelium - centrum vedy
Veda v Centre
Publikácie Veda v CENTRE
kúpa časopisov jún 2016
Quark_2019
Bratislavská vedecká cukráreň
TAG Slovenská veda
banner záhrady
Extrapolácie 2019
Zaujímavosti vo vede
Po Slnku, Mesiaci a Venuši je Jupiter štvrtým najjasnejším telesom na oblohe.
Zistite viac