Tanulmány a méhsejtkről: fehérje fedezett fel, amely elindítja a sejthalált – hasonló folyamat emberi sejtekben is?

Professzor Dr. Johannes Herrmann (balra), SreeDivya Saladi és Felix Boos. (Fotó: Koziel/TUK)

Amikor a sejtek elhalnak, elindítják a sejthalált. Magasabb szervezeteknél gondoskodnak arról, hogy az egész szervezet ne szenvedjen kárt. De az egysejtes szervezeteknél is létezik ez a mechanizmus. Eddig nem volt világos, miért. A Kaiserslautern-i kutatók most megoldást találtak. Felfedeztek egy fehérjét élesztősejtekben, amely két formában fordul elő. Egészséges sejtekben enzimként működik, hibás esetekben pedig elindítja a sejthalált. Hasonló folyamat működhet az emberi sejtekben is. Evolúciós szempontból ez értelmet nyer, mivel így az egysejtes szervezetekben kiválogatják azokat a sejteket, amelyek nem „alkalmasak”, vagyis nem alkalmazkodtak. A tanulmány a „Molecular Cell” szaklapban jelent meg.

Minden szervezet sejtekből áll. Legyen szó emberekről, állatokról vagy növényekről – felépítésükben és működésükben nagyon hasonlóak. Míg például a szájnyálkahártya sejtjei csak néhány napig élnek, és folyamatosan cserélődnek, addig a legtöbb idegsejt az egész életünket végigkíséri, így 80 vagy 90 évesek lehetnek. „Amikor a sejtek elhalnak, általában egy speciális programot indítanak el, amit szakemberek apoptózisnak neveznek” – mondja Dr. Johannes Herrmann, aki a Kaiserslautern-i Műszaki Egyetem (TUK) Sejtbiológiai Tanszékét vezeti.

Ez az „öngyilkosság” program biztosítja, hogy a haldokló sejtek ne okozzanak káros hatásokat az egész szervezetre. „Hosszú ideje ismert, hogy az embrionális fejlődés során a sejtek más struktúrák felé haladva az apoptózison keresztül távolítódnak el” – folytatja. Kevésbé ismert azonban, miért van ilyen programja az egysejtű szervezeteknek, például az élesztősejteknek, amelyek nagy része hasonló módon működik, mint az emberek és az állatok. Az egysejtűek nem fejlődnek embrionálisan, és szövetátalakítás sem történik náluk.

SreeDivya Saladi és Felix Boos, akik Herrmann csapatában kutatnak, most egy magyarázatot találtak a sejthalál alapvető jelentőségére. Boos, aki előzőleg matematikát és biológiát tanult Kaiserslauternben, doktori munkája során a kenyérélesztő sejtek fehérjéinek élettartamával foglalkozott. „Ezt az egysejtű szervezetet tesztmodellként használjuk” – mondja a doktorandusz, „mivel sok tulajdonságban hasonlít az emberi sejtekhez.”

Boos egy új módszert alkalmazott, amellyel egyszerre több száz fehérje élettartamát lehet mérni. Ehhez a tömegspektrometriát használja, amellyel pontosan azonosíthatók a fehérjék – hasonlóan egy ujjlenyomathoz, amely csak egy személyhez köthető. Boos főként a mitokondriumok fehérjéire összpontosít, amelyek a sejtjeink energiatermelői. „A mitokondriumok képződéséről elég sokat tud a tudomány, de azok lebomlásáról eddig nagyon keveset” – mondja Boos. Elemzése során látta, hogy a fehérjék viszonylag lassan és egyenletesen bomlanak le. Vannak azonban kivételek. Különösen egy fehérje keltette fel az érdeklődését. „Különösen gyorsan bomlik a Nde1 fehérje” – folytatja. „Nyilvánvaló, hogy ebből a fehérjéből rövid időn belül nagy mennyiségben keletkezik, majd szinte azonnal eltávolítják. Meg akartuk érteni, miért ilyen rövid az élettartama.”

Ezt a munkát továbbfejlesztette kolléganője, SreeDivya Saladi. A doktornő felfedezte, hogy a fehérjének van egy ismert funkciója mellett egy másik is. „Ez egy enzim, amely fontos a légzéshez” – mondja. „De ugyanakkor elindíthatja a sejthalált is.” A kutató most azt vizsgálta, miért mérgező ez a fehérje a sejtre. Kiderült, hogy két formában fordul elő. „Egészséges sejtekben főként enzimként működik” – mondja. Másképp van azonban, ha a mitokondriumok nem működnek megfelelően. „Itt egy másik változat is létezik. Ezek a fehérjék nem a mitokondrium belsejében találhatók, mint az egészséges verzió, hanem a mitokondrium felületén” – mondja. Egészséges sejtekben ez a felületi változat gyorsan lebomlik. „Ez magyarázza a fehérje magas lebomlási sebességét” – egészíti ki Boos. „A hibás sejtekben azonban ez nem így van. Ezek felhalmozódnak, ami a sejthalálhoz vezet” – folytatja Saladi.

„Az evolúció egy kifinomult szelekciós mechanizmust hozott létre, amely biztosítja, hogy a hibás sejtek szándékosan elpusztuljanak” – összegzi Herrmann. Ez például fontos az egysejtűeknél, amikor a sejtek a szaporodás során növekednek. „Sok mitokondriális funkciót nem is használnak” – mondja a professzor. „Az alacsonyabb teljesítményű, kevésbé alkalmazkodó sejtek így kiválogatódnak. Ezért használják az egysejtűek az apoptózist.”

Az állatoknál és az embereknél is van hasonló fehérje. „Hosszú ideje ismert, hogy ez kiválthatja a sejthalált az emberben” – mondja a Kaiserslautern-i professzor. Eddig azonban nem volt világos, milyen feltételek mellett és miért történik ez. Meg kell vizsgálni, hogy az itt leírt mechanizmus ugyanúgy működik-e az embernél is. A sejttípusok közötti hasonlóság azonban nagyon nagy, „ezért feltételezzük, hogy egy új általános funkcióját fedeztük fel az apoptózisnak, amely a sejtek funkciójuk szerint történő szelekcióját teszi lehetővé” – mondja Herrmann.

A doktornő, SreeDivya Saladi három évig kutatott Herrmann professzor csoportjában. Most visszatért Indiába, hogy tovább vizsgálja a mitokondriumok szerepét.

A tanulmány a rangos „Molecular Cell” szaklapban jelent meg: „A NADH-dehidrogenáz Nde1 végrehajtja a sejthalált, miután jeleket fogadott az anyagcserétől és a proteosztázistól a mitokondrium felületén”
DOI: https://doi.org/10.1016/j.molcel.2019.09.027

Kérdések megválaszolása:

Felix Boos
Sejtbiológiai Tanszék
E-mail: fboos[at]rhrk.uni-kl.de
Tel.: 0631 205-2409

Prof. Dr. Johannes Herrmann
Sejtbiológiai Tanszék
E-mail: hannes.herrmann[at]biologie.uni-kl.de
Tel.: 0631 205-2406