Buněčná smrt hraje důležitou roli v normálním lidském vývoji a zdraví, ale k odvrácení nemoci vyžaduje přesně zorganizovanou rovnováhu. Příliš mnoho může vyvolat masivní zánětlivou imunitní reakci, která poškozuje tkáně a orgány. Nedostatek může narušit schopnost těla bojovat s infekcí nebo vést k rakovině.
Zhigao Wang, PhD, docent kardiovaskulárních věd na University of South Florida He alth (USF He alth) Morsani College of Medicine, studuje komplexní molekulární procesy, které jsou základem nekroptózy, která kombinuje vlastnosti apoptózy (regulovaná nebo programovaná buněčná smrt) a nekróza (neregulovaná buněčná smrt).
Při nekroptóze umírající buňky praskají a uvolňují svůj obsah. To vysílá varovné signály imunitnímu systému a spouští imunitní buňky, aby bojovaly s infekcí nebo omezily zranění. Nadměrná nekroptóza může být problémem u některých nemocí, jako je mrtvice nebo srdeční infarkt, kdy buňky umírají v důsledku nedostatečného zásobování krví, nebo u závažného onemocnění COVID-19, kdy extrémní reakce na infekci způsobí poškození orgánů nebo dokonce smrt.
Nová preklinická studie Dr. Wanga a kolegů z University of Texas Southwestern Medical Center identifikuje proteinový komplex kritický pro regulaci apoptózy a nekroptózy – známý jako protein fosfatáza 1 regulační podjednotka 3G/protein fosfatáza 1 gama (PPP1R3G/ PP1y nebo komplex PPP1R3G). Zjištění výzkumníků naznačují, že inhibitor cílený na tento proteinový komplex může pomoci snížit nebo zabránit nadměrné nekroptóze.
Studie byla zveřejněna 3. prosince 2021 v Nature Communications.
"Buněčná smrt je velmi komplikovaný proces, který vyžaduje vrstvy za vrstvami brzd, aby se zabránilo odumírání příliš mnoha buněk," řekl hlavní řešitel studie Dr. Wang, člen USF He alth Heart Institute. "Pokud chcete chránit buňky před nadměrnou smrtí, pak je proteinový komplex, který jsme identifikovali v této studii, jedním z mnoha kroků, které musíte mít pod kontrolou."
Dr. Wang a kolegové provedli experimenty s použitím lidských buněk a myšího modelu napodobujícího cytokinovou bouři pozorovanou u některých pacientů s těžkou infekcí COVID-19. Použili screening celého genomu CRISPR, aby analyzovali, jak se buněčná funkce, zejména buněčná smrt, mění, když je jeden gen vyřazen (inaktivován).
Proteinkináza interagující s receptorem (RIPK1) hraje zásadní roli při regulaci zánětu a buněčné smrti. Mnoho míst na tomto proteinu je modifikováno, když je přidán fosfát (proces známý jako fosforylace), aby se potlačila aktivita enzymu podporujícího buněčnou smrt RIPK1. Jak je fosfát odstraněn z míst RIPK1 (defosforylace), aby se obnovila buněčná smrt, je špatně pochopeno. Dr. Wang a kolegové objevili, že PPP1R3G rekrutuje fosfatázu 1 gama (PP1γ), aby přímo odstranila inhibiční fosforylace RIPK1 blokující enzymovou aktivitu RIPK1 a buněčnou smrt, čímž podporuje apoptózu a nekroptózu.
Dr. Wang v této studii používá analogii automobilové brzdy, aby vysvětlil, co se děje s rovnováhou přežití a smrti buněk: RIPK1 je motor, který pohání stroj buněčné smrti (auto). Fosforylace zabrzdí (zastaví auto), aby se zabránilo odumírání buněk. Auto (stroje buněčné smrti) se může pohnout vpřed pouze tehdy, pokud je defosforylace RIPK1 zapnuta proteinovým komplexem PPP1R3G, který uvolní brzdu.
"V tomto případě fosforylace inhibuje funkci buněčné smrti proteinu RIPK1, takže přežije více buněk," řekl. "Defosforylace odstraňuje inhibici a umožňuje RIPK1 aktivovat svou funkci buněčné smrti."
Výzkumníci ukázali, že specifická interakce protein-protein – tedy vazba PPP1R3G na PP1γ – aktivuje RIPK1 a buněčnou smrt. Kromě toho pomocí myšího modelu pro "cytokinovou bouři" u lidí zjistili, že knockoutované myši s deficitem Ppp1r3g byly chráněny proti syndromu systémové zánětlivé reakce vyvolané faktorem nádorové nekrózy. Tyto knockout myši měly významně menší poškození tkáně a mnohem lepší míru přežití než myši divokého typu se stejným zánětlivým syndromem vyvolaným TNF a všechny jejich geny nedotčené.
Celkově studie naznačuje, že inhibitory blokující dráhu PPP1R3G/PP1γ mohou pomoci předcházet úmrtím a vážným poškozením způsobeným nemocemi spojenými se zánětem, včetně srdečních chorob, autoimunitních poruch a COVID-19 nebo je snížit, řekl Dr. Wang. Jeho laboratoř spolupracuje s Jianfeng Cai, PhD, profesorem na katedře chemie USF, na screeningu a identifikaci peptidových sloučenin, které nejúčinněji inhibují proteinový komplex PPP1R3G. Doufají, že se jim podaří určit nadějné kandidáty na léky, kteří mohou zastavit masivní destrukci buněk srdečního svalu způsobenou infarktem.
Výzkum byl podpořen granty Welch Foundation a National Institute of General Medical Sciences, součásti National Institutes of He alth.
