Co się dzieje w naszych komórkach, gdy jesteśmy zestresowani?

Dokładne ustalenie, jak działają komórkowe mechanizmy i co dzieje się, gdy zawodzą, jest przedmiotem badań naukowców z Międzynarodowej Agendy Badawczej ReMedy, która działa przy IMol PAN i jest współfinansowana przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej z funduszy europejskich, pochodzących z programu Inteligentny Rozwój (POIR) w ramach programu Międzynarodowe Agendy Badawcze. Dyrektorem jednostki jest prof. dr hab. Agnieszka Chacińska. 

Jak bardzo zestresowane są nasze komórki?

Prof. Agnieszka Chacińska: Jeśli jesteśmy zdrowi, żyjemy w czystym środowisku, nie mamy żadnych większych defektów genetycznych i utrzymujemy prawidłową dietę, to stres, również ten na poziomie komórkowym, jest niewielki. Wzmaga się jednak, gdy dochodzi do zmian w którymkolwiek ze wspomnianych elementów.

Czyste środowisko i zdrowa dieta to raczej w dzisiejszych czasach rzadkość.

To świat, który nie istnieje. 

Wiadomo, że środowiskowa, gospodarcza czy społeczna presja przekładają się na nasze zdrowie. Pojawiają się tak zwane choroby cywilizacyjne. Czy zapadamy na nie także na poziomie komórkowym?

Nie ma sytuacji, w której na poziomie komórkowym wszystko świetnie działa, a na poziomie całego organizmu cierpimy na alergie czy choroby neurodegeneracyjne. Cały proces zaczyna się od nieprawidłowej funkcji cząsteczek, które budują nasze komórki. To także tam decyduje się, czy nasze komórki poradzą sobie ze stresem, czy nie. Mechanizmy molekularne leżą u podstaw chorób, ale także potencjalnie bronią nas przed poważnymi schorzeniami cywilizacyjnymi. Te ostatnie, w tym choroby neurodegeneracyjne, będą pojawiać się coraz częściej, bo wiele z nich jest powiązanych z tym, że żyjemy coraz dłużej. Do tego w przeciwieństwie do nowotworów, które w wielu przypadkach można traktować jako choroby przewlekłe i przynajmniej częściowo wyleczalne, na choroby neurodegeneracyjne, jak choroba Alzheimera czy Parkinsona, nie mamy jeszcze żadnego leku.

Co jest głównym kierunkiem badań ReMedy? 

Staramy się zrozumieć podstawy prawidłowego funkcjonowania komórek na poziomie molekularnym. To pozwoli nam ustalić, co dokładnie się dzieje, gdy zachodzące tam procesy nie są prawidłowe. Na przykład, nie mamy pełnego obrazu zmian, do jakich dochodzi na poziomie molekularnym, gdy człowiek cierpi z powodu demencji lub gdy pojawia się choroba Alzheimera. I nie będziemy tego wiedzieć, jeśli nie zrozumiemy, jak działa komórka w stanie równowagi.

Czyli potrzeba punktu odniesienia, by rozumieć, co się dzieje, gdy stan optymalny zostanie zaburzony.

Profesor Peter Walter, który jako pierwszy zidentyfikował odpowiedzi stresowe komórek, strategię wykorzystania odpowiedzi na stres w leczeniu nazwał „agnostyczną” względem chorób. A więc interesują nas procesy zarówno prawidłowe, jak i patologiczne. Chcemy zdobyć jak najwięcej informacji o komórce na poziomie molekularnym, by proponować lepsze terapie dla chorób. Badamy więc, w jaki sposób dany mechanizm czy białko wpływa na funkcjonowanie całej komórki i staramy się przewidzieć, jakie są skutki tego działania, także te pojawiające się w chorobie.

Stres jest interesujący sam w sobie, ale jeszcze bardziej interesujące jest to, jak komórka adaptuje się do niego, czyli jakie ma mechanizmy plastyczności, jaki bufor zachowań ma do dyspozycji. Chcemy odpowiedzieć na pytania, w jakich sytuacjach dochodzi do tego, że początkowo niewielki stres wywołany procesem patologicznym narasta, nakręca spiralę, a komórka nie potrafi sobie z nim poradzić, nie jest w stanie uruchomić czy włączyć takich mechanizmów, które znowu wprowadzą stan równowagi.

Stan równowagi jest bardzo istotny i może być modyfikowany czynnikami zewnętrznymi i wewnętrznymi, takimi jak zmiany genetyczne. Jeżeli jednak komórka nie osiąga właściwego stanu równowagi, zaczyna się proces patologiczny. Z drugiej strony, jeśli komórka zbyt mocno odpowie na pewne zmiany poprzez rozregulowanie mechanizmów zabezpieczających i kładzie nacisk na bardzo silne, niekontrolowane mechanizmy regeneracyjne, mamy do czynienia z nowotworami.

Jakie jest największe stojące teraz przed Wami wyzwanie?

IMol ma szeroką tematykę badawczą skupioną na odkrywaniu mechanizmów molekularnych, tak aby móc je odpowiednio modyfikować i nimi przewidywalnie manipulować dla uzyskania efektów terapeutycznych. W pracy kierowanej przeze mnie grupy naukowej w projekcie ReMedy staramy się znaleźć molekularne podstawy neurodegeneracji. Mój zespół skupia się na nowym aspekcie komunikacji komórkowej, w której uczestniczą mitochondria, czyli elektrownie komórkowe. Wydaje się nam, że ta komunikacja może być kluczowym elementem, który zaczyna szwankować, gdy się starzejemy. 

W naszych badaniach wykazaliśmy, że mitochondria komunikują się, wpływając na homeostazę, czyli stan równowagi białek w komórce. Zaburzenia mitochondrialne mogą mieć związek z wieloma chorobami metabolicznymi czy neurodegeneracyjnymi, a więc i w tych chorobach komunikacja pomiędzy wadliwymi mitochondriami a homeostazą białek może mieć kluczowe znaczenie. 

Wydaje nam się, że nasze badania nad związkami defektów mitochondriów i stanu komórki mogą mieć bezpośrednie zastosowanie w zrozumieniu procesów neurodegeneracyjnych. W obu przypadkach homeostaza białek, czyli stan ich wewnętrznej równowagi, niemal zawsze jest naruszona. 

Obecnie to brak wiedzy powoduje, że w przypadku chorób neurodegeneracyjnych (np. Alzheimera czy Parkinsona) nie udało się stworzyć skutecznych terapii i leków. Nasze badania wnoszą nową wiedzę i wskazują na zupełnie inne niż dotychczas procesy jako cele terapeutyczne. W przyszłości może się okazać, że leczenie wielu z tego typu chorób jest bardzo trudne lub wręcz niemożliwe, a w związku z tym skuteczniejsza i praktyczniejsza okaże się profilaktyka. 

Również w takim przypadku wysiłek włożony w zrozumienie molekularnych podstaw schorzeń ma szansę przekształcić się w metody profilaktyczne. 

Jesteście w forpoczcie światowych badań molekularnych nad ludzkim organizmem.

Mocno powiedziane. Mamy takie ambicje, aby poziomem badań nie odstawać od międzynarodowej czołówki. Jednak projekt ReMedy jest bardzo młody, a wykazanie się w biologii molekularnej zajmuje niekiedy wiele lat. Ale jesteśmy już zauważani. Ja sama w ciągu ostatnich dziewięciu miesięcy zostałam zaproszona do wygłoszenia wykładów na temat naszych odkryć podczas ośmiu prestiżowych konferencji. To pokazuje, że jesteśmy rozpoznawalni na poziomie międzynarodowym. 

Czyli w Polsce można prowadzić badania na światowym poziomie. 

Wciąż nie jest to łatwe, choć w ciągu ostatnich 20 lat poczyniliśmy ogromne postępy. Prawidłowe finansowanie badań w drodze konkursów jest bardzo ważne dla poprawy poziomu nauki i odkryć. 

IMol, czyli Międzynarodowy Instytut Mechanizmów i Maszyn Molekularnych Polskiej Akademii Nauk, jest „dzieckiem” programu Międzynarodowe Agendy Badawcze Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, powstał jako rozwinięcie ReMedy. Przewodniczącym Rady Naukowej IMol jest laureat Nagrody Nobla prof. Phillip A. Sharp.

W ramach programu MAB kluczowe było wymaganie dotyczące utworzenia przy każdej jednostce Międzynarodowych Komitetów Naukowych (MKN), złożonych z wybitnych naukowców, przeważnie z zagranicy. Nasz Komitet wpływa na kształtowanie tematyki badań i – co niezwykle istotne – na rekrutację liderów grup badawczych w otwartych konkursach, a także ocenę ich działań. 

Międzynarodowość Komitetu jest głównym elementem zapewniającym doskonałość naukową z perspektywy międzynarodowej.  I są efekty – odwracamy brain drain przez rekrutowanie ludzi z całego świata, w tym Polaków, którzy wcześniej wyjechali zagranicę. W ReMedy ponad 40 proc. naukowców to kadra międzynarodowa z 14 różnych krajów.

Co sprawia największą trudność?

Problemem są m.in. uwarunkowania formalnoprawne oraz perspektywy finansowe. Choćby restrykcyjne przepisy, lub ich interpretacje, o zamówieniach publicznych często sprawiają, że na przykład wyposażenie laboratoriów w sprzęt czy zakup odczynników trwa całe wieki. A pamiętajmy: nauka jest konkurencyjna i olbrzymie znaczenie ma to, kto pierwszy opublikuje wyniki badań czy zgłosi patent.

Problemem jest też brak „dynamiki instytucjonalnej” w Polsce. W najbardziej rozwiniętych krajach niemal bezustannie powstają nowe jednostki naukowe poświęcone rozwijającym się dziedzinom, inne przestarzałe się zamyka. W Polsce wydaje się, że nie pozwala na to mentalność, a ramy formalne bardzo to utrudniają.

Podkreśla Pani profesor, że ważne jest, by instytucje naukowe powstawały w Polsce, ale przecież bez względu na to, czy badania prowadzone są u nas, czy na przykład gdzieś w Azji, i tak wszyscy wcześniej czy później skorzystamy z tych odkryć.

To kwestia narodowych ambicji. Możemy wybrać przyszłość, w której będziemy państwem niemającym wpływu na powstawanie nowych technologii, np. leków. Staniemy się tylko wykonawcami. Jeśli jednak chcemy rzeczywiście uczestniczyć w postępie, czego konsekwencją będzie oczywiście wzrost gospodarczy, to warto informować społeczeństwo, że nowe technologie czy leki wymagają rozwoju nauki, w tym nauki podstawowej. Żadnemu krajowi nie udało się tego przeskoczyć – i bez inwestycji w naukę, także podstawową, Polska też tego nie zrobi. Bez odpowiednich nakładów na naukę będziemy przegrywać w wielu konkurencjach i w perspektywie globalnej sprowadzimy się jako społeczeństwo do roli wykonawczej lub w najlepszym przypadku usługowej. 

Prof. Agnieszka Chacińska jest biochemiczką, specjalizuje się w biochemii komórek i molekularnych aspektach biologii komórkowej, które obejmują biogenezę, transport i degradację białek mitochondrialnych. Odkryła mechanizmy odpowiedzialne za transport i dojrzewanie białek funkcjonujących w mitochondriach oraz molekularne podstawy dynamiki translokazy białek mitochondrialnych TIM23 odpowiedzialnej za transport białek przez i do wewnętrznej błony mitochondrium. Uzupełnieniem poznanych wcześniej szlaków i mechanizmów biogenezy białek mitochondrialnych była identyfikacja białka nazwanego Mia40, które dało początek odkrycia ścieżki działającej poprzez regulowaną wymianę disiarczkową i stanowiącej nowy mechanizm transportu białek mitochondrialnych.

Program Międzynarodowe Agendy Badawcze jest realizowany przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej ze środków funduszy strukturalnych w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój (POIR) 2014–2020, Działanie 4.3. Międzynarodowe Agendy Badawcze.

Więcej o wynikach badań z polskich laboratoriów w raporcie pt. „Nauka w czasach przemian. Jak badania finansowane z Funduszy Europejskich pomagają chronić nas przed globalnymi zagrożeniami i wykorzystywać historyczne szanse”: www.fnp.org.pl