Minőségellenőrzés a sejtekben
A mirigyek az emberi és az állati szervezet összehangolt működéséhez nélkülözhetetlen anyagokat termelnek és juttatnak el a megfelelő helyekre, ahol azok a lehető leggyorsabban felhasználásra kerülnek. Ilyenek például a nyál, a hasnyálmirigy, a gyomor, illetve a vékonybél mirigyei által termelt emésztőenzimek, vagy a Langerhans-szigetek speciális sejtjei által termelt inzulin.
E különös sejtek azonban a megtermelt váladéknak csak egy részét ürítik ki, a váladékszemcsékbe (szekréciós granulumokba) csomagolt maradék a sejtek citoplazmájában marad, ahol azok emésztő enzimeket tartalmazó sejtszervecskékkel (lizoszómákkal) egyesülnek, majd lebontódnak. A krinográfiának nevezett folyamatról mindezidáig csak keveset tudtunk, holott orvosbiológiai jelentősége igen nagy.
A krinofágia nemcsak a sejtplazmában maradó váladékszemcséket tünteti el a sejtekből, de a rossz minőségű, hibásan képződött granulumokat is eltávolítja, így nem engedi azok esetlegesen hibás beltartalmát kiürülni a sejtből. A most publikált munkában azt fedezték fel, hogy a lebontás folyamata már a muslica lárvális nyálmirigy váladékképzésének legelején is végbemehet. Mivel már ismerjük a váladékszemcsék egész életútját, ebbe a folyamatba bele is avatkozhatunk.
A kutatók genetikai módszerekkel megakadályozták ezeknek a váladékszemcséknek a növekedését, majd azt tapasztalták, hogy a sejt nem ürítette ki ezeket a fiatal, kifejletlen szemcséket, hanem inkább a lebontási útra terelte őket. Ez tehát egy fejlődési programtól független váladékszemcse lebontási, azaz krinofág aktivitás, mely hozzájárul annak megértéséhez, hogy milyen összefüggés van a váladékszemcsék képződése, érése, valamint beltartalmuk ürítése és lebontása között. Mindezen folyamatok együttese pedig hozzájárul a mirigysejtek normál működéséhez, így egészségünk fenntartásához is.
Az ELTE Anatómiai, Sejt- és Fejlődésbiológiai Tanszékén működő, mirigysejtbiológiával foglalkozó csoport Csizmadia Tamás vezetésével 2018-ban tárta fel az első olyan géneket, amelyek muslicában szabályozzák ezt a fejlődési programot. A közelmúltban a kutatók azt vizsgálták, hogyan bontódnak le a mirigysejtek által termelt váladék sejten belüli raktározására szolgáló szekréciós granulumok.
A kutatáshoz az ecetmuslica lárváinak és fiatal bábjainak nyálmirigyeit használták.
"Az ecetmuslica sejtjei nagyon hasonlóan működnek az emberéhez. A kutatók már feltárták a muslicák és az emberek genomját (azaz a DNS-ben kódolt örökítő információ összességét), de sokkal egyszerűbb ennek a kistestű légynek a genetikai állománya, így könnyebb is megfigyelni. Ha megismerjük, milyen gének szabályozzák a muslicasejtek működését, akkor megérthetjük az emberek alapvető sejtbiológiai folyamatait is” – mondja Csizmadia Tamás, az új kutatást bemutató tanulmány első szerzője.
“Mivel ismerjük a váladékszemcsék teljes életútját, azt gondoltuk, ebbe a folyamatba bele is avatkozhatunk. Miután genetikai módszerekkel megakadályoztuk a váladékszemcsék növekedését, azt tapasztaltuk, hogy a sejt nem ürítette ki a fiatal, kifejletlen szemcséket, hanem inkább a lebontási útra terelte őket” – magyarázza Lőw Péter tanszékvezető egyetemi docens, a tanulmány utolsó szerzője.
Kísérletükben a kutatók a muslica nyálmirigysejtjeinek váladékszemcséit zöld és magenta színnel is megjelölték. Normál esetben a váladékszemcsék megfelelő méretűek, jól elkülöníthetőek egymástól, és mindkét színt tartalmazzák (A kép). Miután a kutatók a váladékszemcsék normál méretének eléréséhez szükséges gént kiütötték (B kép), a váladékszemcsék nem tudták elérni a fejlődési stádiumra jellemző méretüket, tehát nem voltak megfelelő minőségűek (a B képen a zöldesfehér színű foltok), és idejekorán lebontási útra terelődtek (a B képen a magenta színű, nagyobb méretű pöttyök utalmak erre). Az ábrán a sejtmagok kék színnel vannak megjelölve.
A kutatók tehát azt fedezték fel a munka során, hogy létezik a fejlődési programtól független módon akiválódó váladékszemcse-lebontás is, amely akkor következik be, ha a váladékszemcsék képződésének korai szakaszában, illetve érésében és növekedésében valamilyen zavar támad. Vagyis a krinofágiának nem csak a fejlődés során a sejtben maradó, feleslegessé váló váladékszemcsék lebontása a feladata, hanem – úgy tűnik – szerepe van a váladékszemcse képződésének igen korai szakaszában a szekréciós granulumok minőségének ellenőrzésében, vagyis a hibás granulumok lebontásában is.
Az eredmény nélkülözhetetlen annak megértésében, milyen összefüggés lehet a mirigysejtekben képződő váladékszemcsék érése, növekedése, a váladék kiürítése és lebontása között. Ezek a folyamatok pedig együttesen járulnak hozzá a mirigysejtek egészséges, vagyis normál működéséhez.
Például a hasnyálmirigyünk jelentős része olyan, kezdetben inaktív emésztőenzimeket termel, amik a kiürülés során a nyombélben aktiválódnak. Ám, ha ezek a váladékszemcsék nem tudnak kiürülni (például epekő miatt), akkor lebontási útra terelődnek a sejten belül, ezáltal ott helyben aktiválódnak, majd a sejtből kiszabadulva a mirigysejtek halálát okozzák. Így alakulhat ki például az akut hasnyálmirigy-gyulladás. Ezért rendkívül fontos ezekben a sejtekben a váladékszemcsék fokozott sejten belüli lebontásának megakadályozása.
Ezt pedig csak akkor tehetjük meg, ha feltárjuk azokat a molekulákat, melyek szabályozzák és működtetik a folyamatot. Vagyis, ha megismerjük sejtjeink működését és pontosan tudjuk, hogy mi romlik el bennük, mi vezet betegséghez, akkor olyan eszközöket adhatunk az orvostudomány kezébe, például gyógyszerfejlesztési lehetőségeket, amelyek segítségével helyre billenthetjük a sejten belüli problémákat. Fontos tudni, hogy a muslica sejtjei nagyon hasonlóan működnek az ember sejtjeihez, így kiváló modellszervezetként használhatóak genetikai és sejtbiológiai kutatásokhoz.
A kutatási beszámoló a Traffic sejtbiológiai folyóiratban jelent meg 2022 novemberében. A munka különlegessége, hogy hét szerzője közül három jelenleg biológia alap-, egy pedig biológus mesterszakos egyetemi hallgató. A kutatáshoz a Szegedi Biológiai Kutatóközpont (SzBK) is jelentős mértékben járult hozzá.
Borítókép: A normál méret eléréséhez szükséges gén kiütötése miatt idejekorán lebontási útra terelődött váladékszemcsék (Csizmadia Tamás felvétele)