Ajánlj témát!

Miről szeretnél olvasni nálunk? Ha nem árulod el, csak találgatunk. Írjatok arról, hogy...

Kik vagyunk mi?

Az Akciós Potenciál egy agykutatással illetve más biológiai témákkal foglalkozó fiatalokból álló baráti, munkatársi közösség. Azért indítottuk a blogot, hogy az általunk űzött tudományágak új eredményeit közérthető módon, érdekesen mutassuk be az érdeklődöknek. Nem törekszünk tudományos igényű részletességre, de nem is elégszünk meg annyival, hogy "brit tudósok kimutatták..."

Utolsó kommentek

Szerzők

RSS feed

Rovatok

Címkék

creative commons

Creative Commons License
Terjeszd, használd, hivatkozd

Egyéb

Börtönbe zárt molekulák

A biológusok mindig is olyan új molekulák létrehozását várták a vegyészektől, amelyek kölcsönhatásba lépnek a biológiai rendszerrel. Az élet apró építőelemei, a sejtek azonban maguk is rendkívül összetett, kifinomultan működő szerkezetek és korántsem mindegy, hogy ez a kölcsönhatás hol következik be, melyik alkatrészüket érinti. Ugyanaz a vegyület ellentétes hatást is képes kiváltani két különböző típusú sejten vagy akár egyazon sejt két különböző régiójában. Nem árt tehát ha valamilyen módon befolyásolni tudjuk, hol fejtsék ki hatásukat.

 

Amikor a beteg beveszi a gyógyszerét vagy a vizsgálni kívánt vegyületet a mikroszkóp alatt a szövetmintára adagoljuk, abban a pillanatban egy frusztráló dolog történik: elveszítjük a kontrollt a molekuláink felett. Nem tudhatjuk, hogyan oszlottak el, eljutottak-e ahhoz a fehérjéhez vagy sejttípushoz, ahova szántuk őket. Az esetek többségében ez nem jelent problémát, ugyanis rendkívül specifikus vegyületeket használunk – a vérnyomáscsökkentő csak azt az egy fehérjét fogja gátolni, ami az erek összehúzódását szabályozza, az ezüst-nitrát pedig kizárólag a sejtmembránt festi meg a mikroszkóp alatti szöveten. Sajnos azonban nem mindig vagyunk olyan szerencsések, hogy ilyen specifikus vegyületek álljanak rendelkezésünkre. Az egyik lehetőség, amit ilyenkor tehetünk, hogy olyan inaktív vegyületeket használunk, amelyeket a kívánt helyen aktiválni tudunk, és ezáltal biztosítjuk, hogy a hatásukat csakis ott fejtsék ki. Egészen a legutóbbi időkig például nem léteztek olyan szerek, amik kizárólag a rákos sejteket pusztították volna el. Ezért alakult ki az a fajta terápia, amelyben a sejtekre nem, vagy csak kevéssé toxikus anyagot adnak be a betegnek, majd ezt az érintett szerv környékén célzott módon aktiválják (ld. a Fotodinamikus Terápia című cikkünket a Kémiai Panoráma 5. számában). Hasonló módon választhatjuk meg azt is, hogy a mikroszkópunk alatt lévő szövetben melyik sejtet, sőt annak melyik kompartmentjét vesszük vizsgálat alá. Ahhoz, hogy ezt megtehessük, két dologra van szükségünk. Egyrészt egy olyan vegyületre, ami alapállapotban nem lép köcsönhatásba a biológiai rendszerrel, de átalakítható a biológiailag aktív formává. Másrészt egy energiaközlési módra, amivel kiválthatjuk az előbb említett átalakulást.

 

Kezdjük talán az utóbbival – hogyan juttathatjuk az energiát a megcélzott helyre? A daganatterápiás példában ezt hőközléssel vagy fény segítségével érték el. A terápiás alkalmazásokkal ellentétben azonban a kutatásban megvan az az előnyünk, hogy közvetlenül hozzáférhetünk a vizsgálni kívánt mintához. A mikroszkóp alatt például megvilágíthatjuk. A fénnyel történő aktiválásnak igen fontos előnye van más módszerekhez – például a hőközléshez – képest. A fényt néhány specializált, fényérzékelésre szakosodott sejtet leszámítva az élő anyag nem érzékeli, így nem reagál rá és a nagyobb energiájú UV sugárzás kivételével nem is okoz károsodást a mintában. Ezen felül meglehetősen mélyen, néhány száz mikrométer, vagy akár néhány milliméter mélységben is be tud hatolni a szövetbe. A talán legfontosabb tulajdonsága pedig, hogy lézerfény formájában rendkívül jól fókuszálható, ezáltal egészen kis térrészben képes aktiválni a megcélzott vegyületet, miközben érintetlenül hagyja a környező területeket. Mindezen jó tulajdonságai tükrében nem meglepő, hogy a fénnyel történő aktiválást alkalmazzák a legelterjedtebben. Ezért nem maradt más hátra, mint hogy megalkossuk azokat a molekulákat, amik fény hatására egy biológiailag inaktív formából aktív állapotba tudnak kerülni.

Nitrofenil-etil észter segítségével bezárt ATP aktiválása fénnyel

 

 

Hol fogy az energia?

 

Az első ilyen vegyületeket már a hetvenes években létrehozták és egyben megalkották a nevüket is: „caged”, azaz ketrecbe zárt molekuláknak hívták őket. Két biológiailag különösen fontos molekulának, az energiatároló ATP-nek és a hírvivő ciklikus AMP-nek készítették el a bebörtönzött változatait. A bezárás elve, amit máig is alkalmaznak az ilyen típusú reakciókban, hogy a biológiailag aktív vegyülethez (esetünkben az ATP-hez, illetve a ciklikus AMP-hez) olyan funkciós csoportot kapcsoltak, melynek révén a vegyület biológiai aktivitása megszűnt. Megvilágítás hatására azonban ez a csoport leszakad a molekuláról, így visszakapjuk az aktív formát. Az ATP esetében így lehetővé válik, hogy a sejt egy adott pontján hirtelen nagy mennyiségű ATP-t szabadítsunk fel egy fényfelvillanás segítségével és specifikusan vizsgálhassuk az ott zajló energiaigényes folyamatokat. Megtehetjük például, hogy egyetlen izomrostot aktiválunk egy teljes izomkötegből, hogy meghatározzuk annak hozzájárulását a végzett munkához, de akár a rostot felépítő fehérjék pontos szerepét is egyedileg vizsgálhatjuk a módszerrel.

 Különböző típusú bebörtönzött glutaminsavak felszabadítása fénnyel 

 

Idegsejtek nagyító alatt

 

Az energiaigényes folyamatok részleteinek tanulmányozásán túl, a börtönbe zárt molekulák egy másik népszerű alkalmazása az idegrendszer vizsgálata. Az idegsejtek rendkívüli módon összetett struktúrák, amelyekben az információ feldolgozása sok-sok különböző alegységben, térbelileg elkülönülten megy végbe. Minden neuron több száz vagy akár több ezer másik neuronhoz kapcsolódik és a közöttük létrejövő kapcsolódási pontok, a szinapszisok helye határozza meg, hogy mekkora hatást tudnak kiváltani a fogadó idegsejtben. Épp ezért kiemelkedő fontosságú, hogy az egyes szinapszisoknak az egész sejtre gyakorolt hatását külön-külön vizsgálhassuk. Ez persze hatalmas feladat, hiszen egy sejt akár több tízezer szinapszissal is rendelkezik. Szerencsére nagy felbontású képeken ezek egy része jól felismerhető, ugyanis a serkentő típusú, glutaminsav által vezérelt szinapszisok többnyire a sejtek nyúlványairól, az ügynevezett dendritekről lelógó dendritikus tüskéken helyezkednek el. Ha ezeket egyenként szeretnénk vizsgálni, akkor természetesen nem tehetjük meg azt, hogy a mintát glutaminsavval kezeljük, hiszen akkor valamennyi szinapszis egyidejűleg aktiválódna. Szükségünk van olyan bebörtönzött glutaminsavra, amiből az aktiv formát kizárólag egy-egy szinapszis közelében tudjuk felszabadítani. A vegyészek szerencsére több ilyen bebörtönzött glutaminsavat is szintetizáltak, így napjainkban lehetőség van arra, hogy segítségükkel az egyedi szinapszisok mélységében is feltérképezhessük az idegsejtek működését úgy, hogy a mellékelt ábrán is látható módon a dendritikus tüskék közelében szabadítjuk ki a glutaminsavat börtönéből és az egyes tüskéken végiglépdelve megvizsgáljuk azok aktivitásának hatását a teljes sejt működésére.

Egy idegsejt fluoreszcens képe, valamint az idegsejt egy apró részének, a mintegy 0,5 μm méretű dendritikus tüskének aktiválása lézerfény felvillanással bebörtönzött glutaminsav segítségével.

 

Az itt bemutatott példán túl számos olyan terület van, ahol a bebörtönzött molekulákat felhasználják. Nem csak nukleotidokat (ATP) és kismolekulás neurotranszmittereket (glutaminsav), de ionokat (Ca2+), jelátviteli utakat szabályozó vegyületeket (IP3), génexpressziót moduláló hormonokat (β-ecdysone), sőt RNS és DNS fragmenseket és teljes fehérjéket (például G-aktin, protein kináz A) is előállították már bebörtönzött formában. Ahogy máskor is bebizonyosodott, a kémia itt is olyan hasznos eszközöket képes létrehozni a biológiai kutatás számára, amivel korábban elérhetetlen részletességgel válnak vizsgálhatóvá a legkülönbözőbb élettani folyamatok.

2011.12.15. 17:04 | psychenova | 4 komment

Címkék: imaging neurotranszmitter

A bejegyzés trackback címe:

http://akciospotencial.blog.hu/api/trackback/id/tr453528997

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben.

CriticalPoint 2012.01.13. 01:44:06

Nem tudom hány éve volt már bent az RSS olvasómban ez a blog, de mikor megláttam ma, hogy új cikkek vannak, eléggé meglepődtem:)
Nagyon örülök.

psychenova · http://akciospotencial.blog.hu 2012.01.22. 22:58:35

@CriticalPoint: egyelőre még korai az öröm, csak próbálgatunk egy kis ráncfelvarrást. néhány hétig még biztosan nem indulnak be úgy a dolgok, mint régen.

psychenova · http://akciospotencial.blog.hu 2012.01.22. 22:59:27

@CriticalPoint: de azért örülök, hogy ott maradtunk még a listán.

uzrksghfskbuzs (törölt) 2013.07.03. 15:50:08

Lesz még folytatás? Mert nagytakarítást tartok az RSS olvasómban...