Der Krieg gegen die Krankheit: Wiederholung alter Orte
Trotz des ungebrochenen Entdeckungsstroms der Medizin ist eine Reihe hochkarätiger Krankheiten immer noch ein Fuchsforscher. Heute suchen Wissenschaftler auf ausgetretenen Pfaden nach neuen Hinweisen.
Während Wissenschaftler tiefer in die Mechanismen eintauchen, die unter schwer zu behandelnden Erkrankungen wie Diabetes und Alzheimer liegen, greifen sie an den Rändern der Wissenschaft auf, greifen nach losen Fäden und stecken ihre Finger in schwach beleuchtete Ecken.
Da es jedoch nicht immer Antworten aus neuen Blickwinkeln gibt, lohnt es sich, von Zeit zu Zeit zurückzudrehen, alte Türen zu öffnen und bekannte Gesichter erneut zu besuchen.
Kürzlich wurde zum Beispiel eine neue Orgel „entdeckt“, die sich in Sichtweite versteckt. Das Interstitium - ein System aus mit Flüssigkeit gefüllten Beuteln - gilt heute als eines der größten Organe des Körpers.
Zuvor wurde das Interstitium als ziemlich belanglos angesehen. kaum mehr als anatomisches Klebepapier, das die richtigen Organe bei der richtigen Arbeit unterstützt. Als jedoch die neuesten Bildgebungstechniken auf Null gesetzt wurden, wurde ihre Größe und Bedeutung klar.
Jetzt fragen sich Wissenschaftler, was sie uns über Ödeme, Fibrose und die störende Ausbreitungsfähigkeit von Krebs lehren können.
In der Forschung weiß jeder, dass kein Stein unversehrt bleiben sollte. Das Interstitium erinnert uns jedoch daran, dass sie mehrmals und in regelmäßigen Abständen gedreht werden sollten.
In diesem Artikel behandeln wir einige bekannte Aspekte der Zellbiologie, die überarbeitet werden, und bieten ungewohnte Möglichkeiten, Krankheiten zu verstehen.
Mikrotubuli: Mehr als Gerüste
Durch das Zytoplasma jeder einzelnen Zelle verläuft ein komplexes Netzwerk von Proteinen, das als Zytoskelett bezeichnet wird. Dieser Begriff wurde erstmals 1903 von Nikolai Konstantinovich Koltsov geprägt. Einer der Hauptbestandteile des Zytoskeletts sind lange, röhrenförmige Proteine, sogenannte Mikrotubuli.
Mikrotubuli helfen, die Zelle starr zu halten, spielen aber auch eine entscheidende Rolle bei der Zellteilung und dem Transport von Verbindungen um das Zytoplasma.
Die Funktionsstörung der Mikrotubuli wurde mit neurodegenerativen Erkrankungen in Verbindung gebracht, einschließlich der beiden großen: Parkinson- und Alzheimer-Krankheit.
Neurofibrilläre Verwicklungen, die ungewöhnlich verdrillte Fäden eines Proteins namens Tau sind, sind eines der Kennzeichen von Alzheimer. In der Regel hilft Tau in Verbindung mit Phosphatmolekülen dabei, Mikrotubuli aufzuspüren. In Alzheimer-Neuronen tragen Tau-Proteine jedoch bis zu viermal so viel Phosphat wie normal.
Die Hyperphosphorylierung verringert die Stabilität und die Geschwindigkeit, mit der Mikrotubuli hergestellt werden, und kann auch dazu führen, dass Mikrotubuli zerlegt werden.
Wie genau diese Veränderung der Mikrotubuli-Produktion zur Neurodegeneration führt, ist nicht vollständig geklärt. Die Forscher sind jedoch daran interessiert, ob ein Eingreifen in diese Prozesse eines Tages zur Behandlung oder Vorbeugung der Alzheimer-Krankheit beitragen könnte.
Probleme mit Mikrotubuli sind nicht nur neurologischen Erkrankungen vorbehalten. Seit den 1990er Jahren diskutieren Wissenschaftler, ob sie die Ursache für zelluläre Veränderungen sein könnten, die zu einem Herzinfarkt führen.
Die jüngste Studie, die sich mit dieser Frage befasste, kam zu dem Schluss, dass chemische Veränderungen des Mikrotubuli-Netzwerks von Herzzellen sie steifer und weniger kontrahierbar machten, als sie sollten.
Die Autoren glauben, dass die Entwicklung von Medikamenten, die auf Mikrotubuli abzielen, letztendlich ein praktikabler Weg sein könnte, um die Herzfunktion zu verbessern.
Jenseits des Kraftwerks
Wenn Sie im Biologieunterricht nur eines gelernt haben, war es wahrscheinlich, dass „Mitochondrien die Kraftwerke der Zelle sind“. Die heutigen Wissenschaftler, die erstmals im 19. Jahrhundert gesehen wurden, fragen sich, ob Mitochondrien mit einer Reihe von Krankheiten befallen sein könnten.
Die Rolle der Mitochondrien bei der Parkinson-Krankheit hat die größte Aufmerksamkeit erhalten.
Tatsächlich wurden im Laufe der Jahre verschiedene mitochondriale Ausfälle in die Entwicklung von Parkinson einbezogen.
Beispielsweise können Probleme in den komplexen chemischen Pfaden auftreten, die Energie in Mitochondrien erzeugen, und Mutationen können in mitochondrialer DNA auftreten.
Mitochondrien können auch durch den Aufbau reaktiver Sauerstoffspezies geschädigt werden, die als Nebenprodukt der Energieerzeugung entstehen.
Aber wie führen diese Fehler zu den deutlichen Symptomen von Parkinson? Mitochondrien befinden sich schließlich in praktisch jeder Zelle des menschlichen Körpers.
Die Antwort scheint in der Art der Zellen zu liegen, die bei Parkinson betroffen sind: dopaminerge Neuronen. Diese Zellen sind einzigartig anfällig für mitochondriale Dysfunktionen. Dies scheint teilweise darauf zurückzuführen zu sein, dass sie besonders empfindlich gegenüber oxidativen Angriffen sind.
Dopaminerge Neuronen sind auch stark von Kalzium abhängig, einem Element, das die Mitochondrien im Auge behalten. Ohne mitochondriale Kalziumkontrolle leiden dopaminerge Nervenzellen überproportional.
Eine mitochondriale Rolle bei Krebs wurde ebenfalls diskutiert. Maligne Zellen teilen sich und replizieren sich außer Kontrolle; Dies ist energetisch teuer und macht Mitochondrien zu Hauptverdächtigen.
Neben der Fähigkeit der Mitochondrien, Strom für Krebszellen zu erzeugen, helfen sie den Zellen auch, sich an neue oder stressige Umgebungen anzupassen. Und weil Krebszellen eine unheimliche Fähigkeit haben, sich von einem Körperteil zum anderen zu bewegen, ein Geschäft einzurichten und sich weiter zu vermehren, ohne eine Atempause einzulegen, werden Mitochondrien auch hier als Bösewichte vermutet.
Neben Parkinson und Krebs gibt es Hinweise darauf, dass Mitochondrien auch an der Entwicklung einer nichtalkoholischen Fettlebererkrankung und einiger Lungenerkrankungen beteiligt sein könnten. Wir müssen noch viel darüber lernen, wie diese fleißigen Organellen die Krankheit beeinflussen.
Das nächste Level des Mikrobioms
Bakteriophagen sind Viren, die Bakterien angreifen. Und angesichts des zunehmenden Interesses an Darmbakterien ist es keine Überraschung, dass Bakteriophagen begonnen haben, die Augenbrauen hochzuziehen. Wenn Bakterien die Gesundheit beeinflussen können, kann dies sicherlich auch etwas, das sie tötet.
Bakterien, die in allen Ökosystemen der Erde vorkommen, sind bekanntermaßen zahlreich. Bakteriophagen sind jedoch zahlreicher als sie; Ein Autor bezeichnet sie als "praktisch allgegenwärtig".
Der Einfluss des Mikrobioms auf Gesundheit und Krankheit ist ein verschlungenes Netz von Interaktionen, das wir gerade erst zu entwirren beginnen.
Und wenn das Virom - unsere residenten Viren - zu der Mischung hinzugefügt wird, wird es exponentiell labyrinthisch.
Wenn man weiß, wie wichtig Bakterien für Krankheit und Gesundheit sind, muss man nur einen kleinen Sprung in die Vorstellungskraft machen, um zu überlegen, wie Bakteriophagen - die für verschiedene Bakterienstämme spezifisch sind - eines Tages medizinisch nützlich sein können.
Tatsächlich wurden Bakteriophagen in den 1920er und 1930er Jahren zur Behandlung von Infektionen eingesetzt. Sie gerieten vor allem deshalb in Ungnade, weil Antibiotika, die einfacher und billiger zu lagern und herzustellen waren, auf der Bühne erschienen.
Angesichts der Gefahr einer Antibiotikaresistenz könnte jedoch eine Rückkehr zur Bakteriophagen-Therapie in Sicht sein.
Bakteriophagen haben auch den Vorteil, dass sie spezifisch für ein Bakterium sind, im Gegensatz zu der breiten Verbreitung von Antibiotika bei vielen Arten.
Obwohl das Wiederaufleben des Interesses an Bakteriophagen neu ist, sehen einige bereits eine mögliche Rolle im Kampf gegen „Herz-Kreislauf- und Autoimmunerkrankungen, Transplantatabstoßung und Krebs“.
Lassen Sie sich auf Lipidflößen treiben
Jede Zelle ist mit einer Lipidmembran beschichtet, die bestimmte Chemikalien ein- und ausströmen lässt und gleichzeitig die Wege anderer blockiert. Lipidmembranen sind keine einfachen Beutel voller Bits, sondern komplexe, mit Proteinen übersäte Einheiten.
Innerhalb des Membrankomplexes sind Lipidflöße diskrete Inseln, auf denen sich Kanäle und andere zelluläre Geräte versammeln. Der genaue Zweck dieser Strukturen wird heiß diskutiert, aber Wissenschaftler setzen sich fleißig damit auseinander, was sie für eine Reihe von Erkrankungen, einschließlich Depressionen, bedeuten könnten.
Jüngste Untersuchungen haben ergeben, dass das Verständnis dieser Regionen uns helfen kann, die Wirkungsweise von Antidepressiva in den Griff zu bekommen.
G-Proteine - signalübertragende Zellschalter - werden deaktiviert, wenn sie in Lipidflöße driften. Wenn ihre Aktivität abnimmt, wird das neuronale Brennen und die Kommunikation verringert, was theoretisch einige Symptome einer Depression verursachen könnte.
Auf der anderen Seite der Medaille wurde gezeigt, dass Antidepressiva G-Proteine aus Lipidflößen zurückschieben und dadurch depressive Symptome reduzieren.
Andere Studien haben die mögliche Rolle von Lipidflößen bei der Arzneimittelresistenz und Metastasierung bei Bauchspeicheldrüsen- und Eierstockkrebs sowie die kognitive Verlangsamung auf dem Weg zur Alzheimer-Krankheit untersucht.
Obwohl die zweischichtige Struktur der Lipidmembran Mitte des letzten Jahrhunderts erstmals entdeckt wurde, sind Lipidflöße eine relativ neue Ergänzung der Zellfamilie. Viele Fragen zu ihrer Struktur und Funktion sind noch offen.
Gutes kommt in kleinen Dosen
Kurz gesagt, extrazelluläre Vesikel sind winzige Verpackungen, die Chemikalien zwischen Zellen befördern. Sie helfen bei der Kommunikation und spielen eine Rolle bei Prozessen, die so unterschiedlich sind wie Gerinnung, Zellalterung und Immunantwort.
Da sie Botschaften als Teil einer so breiten Palette von Pfaden hin und her tragen, ist es kein Wunder, dass sie das Potenzial haben, schief zu gehen und in Krankheiten verwickelt zu werden.
Da sie komplexe Moleküle wie Proteine und DNA tragen können, besteht jede Möglichkeit, dass sie krankheitsspezifische Materialien transportieren - wie die Proteine, die an neurodegenerativen Erkrankungen beteiligt sind.
Tumore produzieren auch extrazelluläre Vesikel, und obwohl ihre Rolle noch nicht vollständig verstanden ist, ist es wahrscheinlich, dass sie Krebs dabei helfen, sich an entfernten Orten niederzulassen.
Wenn wir lernen können, diese interzellulären Rauchsignale zu lesen, können wir einen Einblick in eine Vielzahl von Krankheitsprozessen gewinnen. Theoretisch müssen wir sie nur antippen und den Code brechen - was natürlich eine monumentale Herausforderung sein wird.
Unterhalb der Falte
Wenn Sie Biologie genommen haben, haben Sie möglicherweise eine schwache Erinnerung an das angenehm auszusprechende endoplasmatische Retikulum (ER). Vielleicht erinnern Sie sich auch daran, dass es sich um ein miteinander verbundenes Netzwerk abgeflachter Säcke im Zytoplasma handelt, das sich in der Nähe des Kerns befindet.
Die Notaufnahme - erstmals Ende des 19. Jahrhunderts unter dem Mikroskop zu sehen - faltet Proteine und bereitet sie auf das Leben in der rauen Umgebung außerhalb der Zelle vor.
Es ist wichtig, dass die Proteine richtig gefaltet sind. Ist dies nicht der Fall, transportiert die Notaufnahme sie nicht an ihren endgültigen Bestimmungsort. In Zeiten von Stress, in denen der ER Überstunden macht, können sich falsch gefaltete oder ungefaltete Proteine ansammeln. Dies löst eine sogenannte ungefaltete Proteinantwort (UPR) aus.
Ein UPR versucht, die normale Zellfunktion wieder online zu stellen, indem der Rückstand an ungefaltetem Protein beseitigt wird. Zu diesem Zweck verhindert es die weitere Proteinproduktion, baut schlecht gefaltetes Protein ab und aktiviert molekulare Maschinen, die bei der Faltung helfen können.
Wenn es der Notaufnahme nicht gelingt, wieder auf Kurs zu kommen, und die UPR die Proteinsituation der Zelle nicht wieder in Einklang bringt, wird die Zelle durch Apoptose, eine Art Selbstmord in der Zelle, für den Tod markiert.
ER-Stress und die daraus resultierende UPR sind an einer Reihe von Krankheiten beteiligt, von denen eine Diabetes ist.
Insulin wird von Pankreas-Beta-Zellen hergestellt. Da die Produktion dieses Hormons im Laufe eines Tages variiert, steigt und fällt der Druck auf die Notaufnahme - was bedeutet, dass diese Zellen auf eine effiziente UPR-Signalübertragung angewiesen sind.
Studien haben gezeigt, dass ein hoher Blutzucker die Proteinsynthese erhöht. Wenn es UPR nicht gelingt, die Dinge wieder in Gang zu bringen, werden Betazellen funktionsunfähig und sterben ab. Wenn die Anzahl der Beta-Zellen abnimmt, kann bei Bedarf kein Insulin mehr gebildet werden, und es entsteht Diabetes.
Es sind faszinierende Zeiten, um sich mit biomedizinischen Wissenschaften zu befassen, und wie dieser kurze Blick zeigt, müssen wir noch viel lernen, und das Abdecken alter Gebiete kann genauso nützlich sein wie das Erarbeiten neuer Horizonte.
