Čo majú kvasinky spoločné s urolitiázou?

Nič. A napriek tomu boli rozhodujúcim prvkom, vďaka ktorému bolo s prispením králikov možné objaviť niečo, čo by mohlo v krátkom čase zmeniť osud tých, ktorí svoju chorobu nazývajú „prechádzky slzavým údolím“, čím myslia utrpenie spojené s tvorbou kryštálových konkrementov v renálnom parenchýme, v panvičke, v močovode a prípadne aj v močovom mechúre.

Úvod

Lekársky výskum už nie je tým, čím býval. Keď sa niekto zaujímal o močové kamene, stačilo mu sledovať kľúčové slová ako človek, obličky, urolitiáza a nič mu neuniklo. A dnes? Kto vynechá čo i len králičie TRP kanály na kvasinkách, už nie je in.

Prečo kvasinky?

Pretože sa s nimi dá pomerne dobre dohodnúť. Keď im dáme príslušný gén šetrne a do miest, kde im to neprekáža, nereptajú a do svojej membrány zapracujú aj bielkovinovú štruktúru, ktorá nás zaujíma. Ďalšou výhodou je, že ich telesná schránka je jednoduchá a na skúmanom objekte je oveľa menej bielkovinového balastu, ktorý by skúmanie molekuly len komplikoval a výsledky by zaplavil falošnými údajmi.

Prečo králiky?

Aj keď sa v štúdii, o ktorej bude reč, králiky spomínajú, výskumníci ich tentoraz netýrali. V skutočnosti sa žiadny králik pokusu nezúčastnil a ich zásluha na objave je prakticky nulová. Do spolupráce sa priplietli len preto, lebo evolúcii sa nejako podarilo vytvoriť dokonalý TRPV5, a tak s ním prakticky prestala experimentovať. Kvôli tomu, čomu genetici hovoria vysoká homológia, bolo pre účely štúdie prakticky jedno, či kvasinky nútili tvoriť v membráne kúsok hlodavca, alebo človeka.

Čo znamená TRP?

Hoci je reč o chorobe, v súvislosti s ktorou postihnutí nešťastníci tvrdia, že človek by od bolesti liezol po stene, s utrpením označenie TRP nemá nič spoločné. TRP je skratka z anglického „transient receptor potential“. Nasledujúce písmeno „V“ znamená, že ide o vaniloidný receptor. Číslovka „5“ znamená, že receptor je piateho typu. Preložené do ľudského jazyka: ide o dierky v membráne, ktoré prepúšťajú vápnik. Nie sú to ale obyčajné dierky. Sú to kanáliky, ktoré sa dokážu zatvárať a otvárať a riadiť tak koncentráciu iónov Ca2+ na jednej či na druhej strane membrány.

Ako s tým súvisia obličky?

Bez obličiek sa nezaobídeme. Sú našou čističkou odpadových vôd. A hoci sú veľké len ako päsť, denne prefiltrujú približne 150 litrov krvi a odstránia z nej odpadové látky. Zbavia nás týchto látok vo forme jedného až dvoch litrov moču. Jednu z hlavných technologických úloh v tomto dômyselnom zariadení plní bielkovina TRPV5. Táto bielkovina sa v hojnej miere vyskytuje v epiteli a vo vrcholovej časti nefrónov a má na starosti prechod vápenatých iónov z primárneho moču späť do krvi. Zlá funkcia bielkoviny vedie k zvýšenej koncentrácii vápnika v moči a často i k s tým spojenej radosti z obličkových kameňov. Počty pacientov s konkrementmi v močovom trakte v poslednom čase v ekonomicky vyspelých štátoch prudko rastú. Po nešpecifickej infekcii obličiek a močových ciest je nefrolitiáza už druhým najčastejším urologickým ochorením. Postihuje jednu až tri osoby zo sto. U mužov – belochov uvádzajú niektoré štúdie incidenciu až 12 %. Litiáza má navyše jednu chybu – rada sa vracia.

Architektúra

Podstatou článku, ktorý pred niekoľkými dňami vyšiel v recenzovanom časopise Nature Structural and Molecular Biology, je opis architektúry kanálika, konformácie bielkovinovej molekuly s jej doménami. Teda to, čo sme zatiaľ v našom článku vôbec nespomenuli. Nám laikom to totiž nehovorí vôbec nič. Dôležitejšie je, že sa k žiaducim štruktúram vedci dopracovali pomocou látky ekonazol a metódy cryo­‑EM.

Čo je cryo­‑EM?

O elektrónových mikroskopoch sa dlho hovorilo, že sú dobré akurát na skúmanie neživej hmoty. Elektrónový lúč totiž biologický materiál ničí. Tieto mikroskopy navyše pracujú vo vákuu, čo biomolekulám tiež nie je po chuti. Obsahujú vodu a po jej vyparení sa skúmaný objekt zrúti.

Švajčiar Jacques Dubochet prišiel s myšlienkou preparáty zmrazovať. Keď sa to vykoná dostatočne rýchlo (napríklad ponorením do tekutého dusíka), kryštáliky vody sa tvoria tak rýchlo, že nestihnú príliš vyrásť a biologický materiál neroztrhajú. Hlboko zmrazené vzorky dokonca nejaký čas prežijú aj vo vákuu.

Joachim Frank, Američan narodený v Nemecku, zase ukázal, ako nezreteľné dvojrozmerné obrazy analyzovať a zlúčiť tak, aby boli výsledkom ostré trojrozmerné štruktúry.

Brit Richard Henderson posunul techniku generovania trojrozmerného obrazu bielkovín ešte ďalej. Získal rozlíšenie na úrovni atómov. Tomuto celému sa teraz hovorí kryoelektrónová mikroskopia a minulý rok (2017) sa za ňu všetci traja menovaní podelili o Nobelovu cenu za chémiu.
 
Touto metódou sa teraz podarilo získať trojrozmerný obraz bielkovinovej štruktúry TRPV5. A pretože to spočívalo v detailoch jednotlivých atómov, získali sme predstavu, ako v membráne rieši priepustnosť či uzavretosť otvoru. Vďaka tomu, že výskumníci použili pri kultivácii buniek ekozanol, sa podarilo odhaliť aj väzobné miesta meniace bielkovinovú konformáciu.

Čo je ekonazol?

Nie je to nič zvláštne. Je to účinné antimykotikum a ženy ho dobre poznajú. Prípravok Ekonazol ich zbavuje nepríjemných kandidóz. Infekcie pošvy ale tentoraz necháme bokom. Uvedená molekula sa ukázala aj ako účinný inhibítor práve skúmanej bielkoviny TRPV5.

Inak povedané, ak táto látka obsadí na bielkovine jedno väzobné miesto, časť kanála sa uzavrie. Deje sa to spôsobom, ktorý tak trochu pripomína zatváranie tak­zvanej irisovej clony na starých fotoaparátoch. V polohe „zapnuté“ sa membrána obličkových tubulov stane pre vápnik nepriepustná. Keďže sa to deje v miestach rozhodujúcich o spätnej resorpcii, výsledkom je nárast koncentrácie vápenatých iónov v moči. Z hľadiska tvorby močových kameňov to neveští nič dobré.

Bielkovinovú sekvenciu TRPV5 si na svoje hry vybrali už aj umelci. Hovoria si Génové hudobné štúdio. „Skladbu“ TRPV5 si môžete vypočuť na:
www.youtube.com/watch?v=ir4fHJ36aEs&feature=youtu.be

Záver

Štruktúru bielkoviny TRPV5 už poznáme. Poznáme aj štruktúru ekonazolu a takisto to, ktorou časťou svojej molekuly a na aké miesto sa v bielkovine viaže. Známy je aj mechanizmus uzatvárania kanála. Spolu nám to dáva predstavu, aké látky hľadať, aby pracovali v opačnom garde. Vedci sú presvedčení, že im už sú na stope a že prostredníctvom molekulárnych senzorov bude možné rizikovým osobám uzatvorené kanáliky odblokovať, obnoviť priepustnosť membrány nefrónov a brániť tak vzniku patofyziologických stavov. To je pre nás všetkých iste dobrá správa. Dvojnásobne pre tých, ktorí tú česť s urolitiázou už mali. Početnosť recidív sa totiž uvádza na úrovni až 50 % a v niektorých štúdiách dokonca až 80 %.


Literatúra

  1. Taylor, E. T. Hughes, et al.: Structural basis of TRPV5 channel inhibition by econazole revealed by cryo­‑EM. Nature Structural & Molecular Biology (2017). DOI: 10.1038/s41594-017-0009-1.
Hodnotenie článku

inVitro 1/2018

Urológia

Tento článok sa nachádza v čísle InVitro 1/2018 Urológia. Ak máte záujem o časopis v tlačenej verzii, ozvite sa nám.
Objednať inVitro