Białka jak drzewa

Komórki syntetyzują dziesiątki tysięcy różnego rodzaju białek. Niektóre z nich muszą w niej pozostać na stałe, np. białka stanowiące element struktury komórki czy enzymy katalizujące reakcje biochemiczne. Inne natomiast, takie jak elementy sygnalizacji wewnątrzkomórkowej, powinny zostać zniszczone zaraz po wykonaniu swojego zadania. Gdyby taki mechanizm degradacji białek zawiódł, komórka dzieliłaby się stale w niekontrolowany sposób, co mogłoby doprowadzić do powstania zmian nowotworowych. Trzeba też pamiętać, że w przypadku syntezy wszystkich białek, pewna ich liczba nigdy nie osiąga właściwej struktury i dlatego powinny być jak najszybciej usuwane z komórki. Inaczej dochodzi do takich schorzeń, jak stwardnienie rozsiane, choroba Parkinsona czy Alzheimera. Także system immunologiczny człowieka zależy od degradacji obcych białek i wykorzystania ich elementów jako antygenów stymulujących naszą odpowiedź obronną. Z podanych przykładów wynika jedno: w komórce musi istnieć mechanizm odróżniający białka, które mają być zniszczone od tych, które powinny pozostać.

Ciechanover, Hershko i Rose, pracując w USA w latach 1978-83, opisali właśnie taki mechanizm. Okazuje się, że maleńkie białko szoku termicznego zwane ubikwityną (od łac. ubique - powszechny), choć rozpowszechnione wśród wielu organizmów, nie występuje w bakteriach. Ubikwityna kowalencyjnie przyłącza się do białek, które mają ulec degradacji. Przyłączenie jednej ubikwityny jeszcze nie jest sygnałem śmierci dla białka. Wręcz przeciwnie, w niektórych przypadkach taki kompleks jest pozytywnym regulatorem jego funkcji. Jednak jeśli większa liczba cząsteczek ubikwityny, tworząc struktury polimeryczne przypominające czasami rozgałęzione konary drzewa, przyłącza się do białka, jest to sygnał do jego zniszczenia.

Znakowanie przez ubikwitynę białek do zniszczenia przypomina pracę leśnika znaczącego drzewa przeznaczone do wycięcia. Czasami jednak nadgorliwy leśnik może wyciąć najpiękniejsze okazy, niezbędne do utrzymania równowagi biologicznej w lesie. Tak się dzieje np., gdy zbyt wydajnie niszczymy białko p53 - strażnika genomu odpowiedzialnego za hamowanie reakcji prowadzących do nowotworzenia. W niektórych przypadkach nowotworów (np. rak piersi czy niektóre rodzaje raka płuca), w których p53 nie jest zmutowane, zauważono podwyższony poziom enzymu o nazwie MDM2, odpowiedzialnego za przyłączenie ubikwityny do p53 i w rezultacie wydajniejszą degradację p53. Już dzisiaj próbuje się w tych przypadkach farmakologicznie zapobiec wiązaniu się MDM2 do p53. Tak “uratowane" przed ubikwitynacją p53 może bez przeszkód spełniać swoją rolę w hamowaniu tworzenia się nowotworów.

Rozpoczynając przeszło 20 lat temu pracę nad selektywną degradacją białek, Ciechanover, Hershko i Rose nie wiedzieli, że ich okrycie pomoże walczyć z rakiem czy opóźnić symptomy schorzeń neurodegeneracyjnych. Ich motywacją była czysta ciekawość poznania prawdy. To nauka dla naszych polityków, którzy twierdzą, że wysiłki naukowców powinny się skoncentrować nad... rozwojem badań przynoszących bezpośrednie korzyści dla gospodarki. Problem w tym, że nie da się przewidzieć praktycznych zastosowań wielu wspaniałych odkryć naukowych. A przy okazji, Aaron Ciechanover w maju przyszłego roku odwiedzi Polskę.

Autor jest pracownikiem Międzynarodowego Instytutu Biologii Molekularnej i Komórkowej w Warszawie, członkiem PAN, PAU i Academia Europaea.