Lucia Balážová získala Cenu Vedec roka SR 2021 v kategórii Mladá vedecká pracovníčka za dôležitý objav o regulácii aktivity hnedého tuku.
Vedec roka SR 2021: Kategória Mladá vedecká pracovníčka. Mgr. Lucia Balážová, PhD.
Mgr. Lucia Balážová, PhD., sa zameriava na výskum energetického metabolizmu. Podieľala sa na identifikácii viacerých mechanizmov kontrolujúcich metabolickú aktivitu tukového tkaniva. Jedna z jej najnovších prác, publikovaná v časopise Nature Communications, sa venuje štúdiu alternatívnych spôsobov aktivácie hnedého tukového tkaniva ako efektívnej stratégie liečby metabolických ochorení.
Vedkyňa pôsobila šesť rokov ako postdoktorandka na Švajčiarskom technologickom inštitúte ETH v Zürichu, ktorému momentálne patrí 8. miesto v rebríčku najlepších svetových univerzít. V roku 2021 sa vrátila na Slovensko v rámci podpornej schémy SASPRO2 (štipendium Marie Skodowskej-Curieovej), vďaka ktorej sa bude naďalej venovať výskumu na pôde Biomedicínskeho centra Slovenskej akadémie vied, verejnej výskumnej inštitúcie (SAV v. v. i.).
V rozhovore pre portál Veda na dosah Lucia Balážová bližšie vysvetlila svoje objavy a ich význam.
Venujete sa výskumu energetického metabolizmu. Čo tento pojem znamená a na čo sa v ňom zameriavate?
Ide o premenu látok, ktorá sa začína príjmom energie vo forme potravy a pokračuje jej spracovaním, uskladnením a využitím. Organizmus využíva energiu z potravy na rôzne fyziologické procesy, prácu svalov a pohyb, činnosť srdca, trávenie či mozgovú činnosť a myslenie, vďaka ktorým môže fungovať. Vo svojom výskume skúmam zmeny metabolických procesov v organizme, ktoré spôsobuje obezita a cukrovka. Pomocou metód molekulárnej biológie ich študujem na viacerých úrovniach, čiže pozerám sa na jednotlivé molekuly aj jednotlivé gény a využívam rôzne bunkové línie, ako aj zvieracie modely týchto ochorení. Mojím cieľom je identifikovať mechanizmy, ktoré by sa mohli stať cieľom farmakoterapie.
Vo svojom výskume sa užšie zaoberáte aj procesmi, ktoré sa odohrávajú v hnedom tukovom tkanive. Dlho sa predpokladalo, že ho majú len novorodenci, no asi pred štrnástimi rokmi ho vedci objavili aj u dospelých. Akú úlohu môže mať pri liečbe metabolických ochorení?
Hnedé tukové tkanivo sa vedcom podarilo identifikovať náhodou, keď skúmali zhubné nádory pomocou zobrazovacích metód, ako je PET CT (pozitrónová emisná tomografia), magnetická rezonancia a počítačová tomografia. Nádory totiž vedci identifikujú podľa toho, že vidia, ako vychytávajú glukózu, ale zrazu si všimli, že ju vychytáva aj niečo iné. A vtedy objavili hnedý tuk aj u dospelého človeka. Jeho úžasný terapeutický potenciál spočíva v tom, že funguje ako špongia, ktorá z krvi vstrebáva cukry aj tuky a využíva ich na tvorbu tepla. Spaľuje ich, a tak znižuje zásoby nadbytočnej energie uskladnenej v bielom tukovom tkanive, prípadne v iných periférnych tkanivách, ako je kostrový sval a pečeň, kde by narúšali správne fungovanie orgánov. Práve tento jeho aspekt by mohol zmierniť dosah pridružených metabolických komplikácií obezity.
Hnedý tuk vraj majú skôr ženy a skôr tie, ktoré sú štíhle. Nie je pre vás jeho nedostatok u obéznych ľudí problémom?
Obézni ľudia majú hnedého tukového tkaniva menej a je aj menej aktívne. Preto hľadáme spôsob, ako aktivovať existujúce hnedé tukové tkanivo a zároveň ako premeniť biele tukové tkanivo na hnedé.
Mgr. Lucia Balážová, PhD., pri práci v laboratóriu. Zdroj: Archív LB
V rámci svojho výskumu hnedého tukového tkaniva ste zistili, že vedci zaradili do nesprávnej rodiny receptorov receptor GPR180. Čo znamená pojem receptor? A ako sa stalo, že bol nesprávne zaradený?
Receptor je bielkovina. Existujú rôzne receptory, no vždy sa delia na dve základné skupiny. Jednu tvoria receptory, ktoré sú na cytoplazmatickej membráne, čiže na bunkovom povrchu. V druhej skupine sú receptory, ktoré sú v bunkovom jadre. Receptor GPR180 sa nachádza na bunkovom povrchu a jeho funkciou je, zjednodušene povedané, rozpoznať špecifický signál prichádzajúci z mimobunkového prostredia alebo krvi v podobe hormónu a preniesť ho do bunky.
Receptor GPR180 bol nesprávne zaradený do rodiny receptorov spriahnutých s takzvanými G proteínmi, ktoré sa vyznačujú špecifickou signalizáciou. Lenže ani vtedy, keď sme urobili všetky možné merania, sme nevedeli identifikovať, do ktorej podskupiny receptorov by mal patriť, čo bolo dosť frustrujúce. Preto sme začali rozmýšľať nad tým, že to môže byť úplne inak. Tento receptor totiž nikto poriadne neskúmal a do spomínanej rodiny receptorov bol priradený len na základe svojej štruktúry, čiže na základe toho, že vykazoval isté znaky. Keď sme sa prestali riadiť zažitou informáciou, dokázali sme, že GPR180 receptor je uložený v cytoplazmatickej membráne opačne, ako by sa pôvodne očakávalo na základe jeho štruktúry, a preto signalizuje inak.
Zistili sme, že patrí do rodiny receptorov transformujúceho rastového faktora beta. Táto rodina receptorov zohráva významnú úlohu aj pri regulácii mnohých fyziologických procesov a narušenie jej funkcie sa spája s rozvojom rôznych ochorení.
Čo tento objav znamená pre človeka, ktorý trpí obezitou a súvisiacimi metabolickými komplikáciami?
Aktivácia hnedého tukového tkaniva je považovaná za jednu z najsľubnejších stratégií prevencie a liečby metabolických ochorení. Naše výsledky ukazujú, že pokiaľ by sa nám podarilo nadizajnovať molekulu, ktorá aktivuje receptor GPR180, mohlo by to viesť k zvýšeniu aktivity hnedého tukového tkaniva a k zlepšeniu metabolického zdravia obéznych jedincov.
To znamená, že by vďaka takému liečivu mohli schudnúť?
Mohla by sa im do určitej miery aj znížiť hmotnosť, ale predovšetkým by sa im mohol zlepšiť glukózový metabolizmus, čiže by sa im viac spaľoval cukor. Samozrejme, obezita nie je dobrá, ale my sa sústredíme najmä na zníženie rizika pridružených komplikácií, ktoré ju môžu sprevádzať. Niektorí ľudia sú veľmi obézni, napriek tomu sú metabolicky relatívne zdraví. A na druhej strane sú ľudia, ktorí ani nemusia byť veľmi obézni, ale veľmi rýchlo sa u nich rozvíjajú metabolické ochorenia, ako je cukrovka a nealkoholické stukovatenie pečene či kardiovaskulárne ochorenia.
Ďalším významným prínosom vašej práce je objav adipokínu CTHRC1, ktorý sa viaže na GPR180 receptor. Čo je adipokín a kam vás tento objav posunul?
Pôvodne sme začali skúmať GPR180 u myší a potom aj v bunkových kultúrach, ktoré vlastne predstavujú len jeden typ buniek. Pracovali sme s tukovými bunkami, adipocytmi. Pozorovali sme, že keď v nich odstránime tento receptor alebo, naopak, prinútime bunky, aby ho tvorili viac, mení sa metabolická aktivita týchto buniek. To nás viedlo k myšlienke, že tukové bunky musia produkovať nejaký hormón, ktorý aktivuje daný receptor. Bunka ho vylúči do medzibunkového priestoru, odkiaľ môže na ňu alebo na okolité bunky spätne pôsobiť.
Naším cieľom bolo identifikovať hormón, ktorý aktivuje receptor GPR180, a to je práve adipokín CTHRC1. Inak povedané, adipokín je proteín produkovaný tukovým tkanivom.
Na tomto výskume som robila v rámci postdoktorandského pobytu na Švajčiarskom technologickom inštitúte ETH v Zürichu. Vďaka spolupráci s výskumným tímom doktora Ukropca a profesorky Ukropcovej z Biomedicínskeho centra SAV sme mohli overiť, či sa procesy spojené s GPR180 a CTHRC1 odohrávajú aj v tukovom tkanive u človeka. Keďže manželia Ukropcovci robia klinický výskum, zmerali hormón CTHRC1 u ľudí s rôznym stupňom obezity a metabolickej poruchy a zistili, že ľuďom s cukrovkou sa tvorí oveľa menej tohto hormónu. Dôležité je, že sme ukázali, že ľudia, ktorí majú vyššiu hladinu CTHRC1 v cirkulácii, majú vyšší energetický výdaj a sú metabolicky zdravší.
Prečo je dôležité poznať, čo aktivuje receptor?
Má to význam pre prípadný dizajn nového liečiva na ich liečbu. I keď s najväčšou pravdepodobnosťou by sa na aktiváciu receptora nepoužil celý hormón, ale len jeho aktívna časť, prípadne syntetická molekula, je dobré ho poznať. Jeho funkcia, vlastnosti a štruktúra sa totiž zohľadnia pri návrhu liečiva. A keďže receptor GPR180 je atypický, nájsť spôsob, ako ho aktivovať, je pre nás o to väčšou výzvou.
Takže váš výskum v tomto smere ešte pokračuje?
Časť projektu o hnedom tukovom tkanive je do veľkej miery ukončená, ale každý dobrý výskum vyprodukuje okrem odpovedí aj ďalšie otázky. Chcela by som sa na problematiku pozrieť globálnejšie – chcela by som študovať funkciu GPR180 v pankrease a pečeni u ľudí s obezitou a cukrovkou. Cieľom je odhaliť rozsah jeho terapeutického potenciálu, teda či by aktivácia GPR180 zlepšila metabolizmus komplexne na viacerých úrovniach.
O pracovnom pobyte Lucie Balážovej na Švajčiarskom technologickom inštitúte ETH v Zürichu a o dôvodoch, pre ktoré sa vrátila na Slovensko, si prečítate v ďalšom rozhovore, ktorý uverejníme v najbližších dňoch.
