Kritikus kérdések és új válaszok a rákkutatásban

A tanulmány egyik szerzője, Lipinszki Zoltán, az MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpont munkatársa, aki az akadémiai intézményben önálló kutatócsoportot is alakít.

A világon az egyik vezető halálok a rák. Habár az elmúlt évtizedekben zajló kutatásoknak köszönhetően megkétszereződött egyes halálos rákbetegségek túlélési ideje, a kór ma is szedi áldozatait, korra, nemre vagy társadalmi hovatartozásra való tekintet nélkül. A WHO és a Cancer Research UK legfrissebb adatai szerint (1) 2012-ben megközelítőleg 14 millió rákos esetet diagnosztizáltak (2030-ra évi mintegy 23 millió új esetre számíthatunk), amelyből 8 millió halálos kimenetelű volt. Ezek a tények tovább növelik e kiszámíthatatlan és agresszív betegségtől való félelmünket, ugyanakkor felhívják a figyelmünket a megelőzés, a pontosabb megismerés és a hatékonyabb kezelés fontosságára is.

A sejtosztódás szabályozásának központi szereplője

De mi is a rák? A rák olyan betegségek összefoglaló neve, amelyekben megváltozott magatartású, koordinálatlan osztódásra képes sejtek alkalmassá váltak arra, hogy eredeti helyüket elhagyva betörjenek egészséges szövetekbe, megbontva ezzel a szervezet homeosztázisát. Kialakulása bonyolult és soktényezős mikroevolúciós folyamat eredménye, amely minden esetben abnormális sejtosztódási eseményekre vezethető vissza. A sejtosztódás folyamán a testi sejt két leánysejtet hoz létre, amelyekbe egyenlő arányban osztja szét megkettőződött genomját, így biztosítva a genom integritását. A hibák e folyamatban a kromoszóma instabilitásához, kromoszómaszámbeli különbségekhez (aneuploidia) és a sejt drasztikusan megváltozott magatartásához (pl. elvándorlási és koordinálatlan sejtburjánzási képességhez, saját vérerek növesztéséhez stb.) vezethetnek. Ezek a rákos sejtek és szövetek közös jellemzői.

A centroszóma sejtszervecskének, ahogy azt neve is sugallja, központi szerepe van a sejtosztódás szabályozásában. Az osztódását befejező sejtnek két centroszómája van, amelyek a sejt ellentétes pólusaira vándorolva biztosítják a kromoszómák megfelelő szétválasztását. Már Theodor Boveri (és mások) 1800-as évek végén végzett megfigyeléseiből kiderült, hogy túl sok centroszóma a sejtben kromoszóma-rendellenességhez és sejtburjánzáshoz vezethet. Ma már tudjuk, hogy a magas centroszómaszám nemcsak a rákos sejtekben figyelhető meg, hanem egyéb kórképekben (pl. agyi fejlődési rendellenességek, ciliopátiák stb.) is előfordul. Ezért napjaink egyik legfontosabb sejtbiológiai kérdése a centroszóma-megkettőződés mechanizmusának pontos megismerése és megértése.

A centroszóma több száz fehérjéből felépülő makromolekuláris képződmény, amely két, egymásra merőleges, hordóalakú és többrétegű szerkezeti egységből, az ún. centiólumokból (anyai és leány) és az azokat körülvevő szerkezeti és szabályozó fehérjékből áll. A sejtciklus folyamán a centroszóma szigorúan csak egyszer duplázódhat meg (osztódhat), melynek lépéseit az 1. ábra foglalja össze. A sejtosztódást követően az utódsejtekben egyetlen centroszóma található. A G1 fázisba lépve az anyai és leánycentriólum kissé eltávolodik egymástól (centriólumelszakadás), majd a sejtciklus G1/S-fázisában mindkettő egy-egy előcentriólum növesztésébe kezd (duplikáció). Ennek első lépése az előcentriólumok alapját képező, ún. kocsikerék-struktúra kialakítása (2,3). Ezt követően az előcentriólumok meghosszabbodnak (elongáció), és újabb fehérjéket gyűjtenek az S/G2 fázisban, majd a mitózisba (M fázis) lépve az eredeti anyai és leánycentriólum közti fizikai kapcsolat megszakad: a régi leánycentriólumból új anyai, míg az előcentriólumokból új leánycentriólumok lesznek. Az ily módon létrejött centroszómák a sejt ellentétes pólusaira vándorolnak, ahol éretté válnak a magorsó kialakítására. A sejt fizikai kettéosztódását követően a folyamat kezdődik elölről. Régóta tudjuk, hogy az előcentriólumok (új leányok) nem képesek duplikációra a keletkezésükkel megegyező sejtciklusban. Ezért ebben a projektben olyan alapvető, de kritikus kérdésekre kerestük a választ, hogy melyek azok a legkorábbi molekuláris események (résztvevők), amelyek alkalmassá teszik az új leányokat az ún. pericentrioláris mátrix (PCM) begyűjtéséhez a mitózis végén, ami előfeltétele a duplikációnak, de szükséges a magorsó kialakulásának iniciálásához is a következő sejtciklusban. Más szóval, milyen faktorok indítják be a centriólum-centroszóma konverziót a mitózis végén?

Eddig ismeretlen, kezdeti lépések tisztázása

Kezdeti kísérleteinket a centroszómakutatás kiváló modellorganizmusában, ecetmuslicában (Drosophila melanogaster) végeztük, majd eredményeinket humán sejtvonalon végzett kísérletekkel is alátámasztottuk, bizonyítva a centriólum-centroszóma konverzió lépéseinek konzerváltságát. Szuperrezolúciós mikroszkópiát (3D-SIM, 3D-structured illumination microscopy) használva, amely alkalmas a centriólumot felépítő fehérjezónák elkülönítésére (így a fehérjék lokalizációjának precíz vizsgálatára), meghatároztuk a centriólumduplikációhoz szükségesnek tartott fehérjék új leánycentriólumokba történő beépülésének sorrendjét és idejét. Találtunk három olyan esszenciális alegységet, melyek szigorúan meghatározott sorrendben, egymást követően épülnek be az új leánycentriólumok falába (Cep135 > Ana1 > Asl, 2. ábra) a G2 fázis végétől a mitózis kezdetéig. Meghatároztuk mindhárom fehérje orientációját a centriólumban, majd kimutattuk, hogy szekvenciális beépülésük egymástól függő folyamat, amely alapvetően szükséges és elégséges ahhoz, hogy az új leánycentriólumok képessé váljanak a PCM begyűjtésére, majd duplikációra (megszűnjön a gátlás) a következő sejtciklusban. Ezzel tisztáztuk a centriólum-centroszóma konverzió első kritikus lépéseit. Klasszikus biokémiai, sejtbiológiai és genetikai technikákat ötvözve bizonyítottuk, hogy e három fehérje fizikai kölcsönhatásba lép egymással, oly módon, hogy a korábban ismeretlen funkciójú Ana1 mintegy molekuláris ragasztó összekapcsolja a Cep135 és Asl alegységeket. A Cep135 fehérje a kocsikerék-struktúrával megegyező, a centriólum legbelső, ún. I. zónájában helyezkedik el (2. ábra), míg az Asl fehérje egy külsőbb, az ún. III. zónában (ami már a belső PCM anyagok lokalizációs rétege). Régóta ismert, hogy az Asl fehérje nélkülözhetetlen a centroszóma-duplikációt beindító fehérje kináz, a Plk4 működéséhez (a Plk4-et gyakran hívják a centroszóma-biogenezis mesterkinázának is). Egy korábbi munkánkban japán kutatókkal párhuzamosan (2, 3) meghatároztuk a Plk4 kináz centroszómális szubsztrátumát és kritikus szerepét az előcentriólum (kocsikerék-szerkezete) összeszerelődésének kezdeti lépéseiben. Így most publikált eredményeink összhangban a korábban bemutatott munkákkal tisztázzák a centroszóma-biogenezis eddig ismeretlen kezdeti lépéseit.

A centroszómakutatás még számos tisztázatlan kérdésre keresi a választ. Miként szabályozódik ennek a hatalmas és bonyolult fehérjekomplexumnak az „összeszerelődése” és érése a sejtosztódás során, és milyen fehérjemódosítások (pl. foszforeguláció) vesznek részt a centroszóma biogenezisében? Habár a fehérje kinázok centroszómális szerepéről viszonylag nagy ismeretanyaggal rendelkezünk, csak keveset tudunk az ellentétes hatású, a foszfátcsoportot eltávolító fehérje foszfatázok szerepéről. Az MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpont Biokémiai Intézetében alakul meg vezetésemmel az a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal által is támogatott kutatócsoport, amelynek célja a sejtosztódás szabályozásában, így a centroszómális folyamatok irányításában is részt vevő fehérje foszfatázok molekuláris analízise biokémiai, sejtbiológiai és genetikai technikák együttes alkalmazásával.

http://mta.hu/tudomany_hirei/kritikus-kerdesek-es-uj-valaszok-a-rakkutatasban-137216/