Nr wniosku: 184181, nr raportu: 19044. Kierownik (z rap.): dr
advertisement
Nr wniosku: 184181, nr raportu: 19044. Kierownik (z rap.): dr Patrycja Kaczara Śródbłonek to warstwa płaskich komórek wyścielających od wewnątrz naczynia krwionośne i pełniących kluczową rolę w funkcjonowaniu układu krwionośnego. W zdrowych naczyniach komórki śródbłonka produkują różne substancje, pośredniczące w utrzymywaniu zrównoważonej pracy naczyń, której zaburzenie prowadzi do rozwoju chorób sercowonaczyniowych. W wielu badaniach wykazano, że zmiany fenotypowe komórek śródbłonka związane są ze zmianami ich metabolizmu. Zatem farmakologiczna regulacja metabolizmu komórkowego może pomóc w regulacji funkcjonowania naczyń, chroniąc przed lub spowalniając rozwój patologicznych zmian. Jednakże do badań nad nowo tworzonymi lekami o potencjalnym działaniu na regulację metabolizmu komórkowego niezbędna jest odpowiednia metodyka badawcza. Głównym celem projektu było opracowanie metodyki tlenomterii EPR dla oceny śródbłonkowego działania leków. Dlatego najważniejszym zadaniem był wybór, optymalizacja oraz wdrożenie takich metod, które pozwolą na wieloczynnikową analizę procesów komórkowych przebiegających z udziałem tlenu, a w szczególności oddychania mitochondrialnego. W większości komórek to właśnie oddychanie mitochondrialne stanowi podstawę produkcji adenozyno-tri-fosforanu (ATP), który dostarcza energii do różnych procesów komórkowych. Jednakże komórki śródbłonka są wyjątkowe pod tym względem, ponieważ pomimo posiadania funkcjonalnych mitochondriów, polegają w produkcji ATP na mniej wydajnej glikolizie. Zrozumienie regulacji oddychania mitochondrialnego oraz glikolizy w metabolizmie komórek śródbłonka w fizjologii oraz patologii umożliwi rozwój terapii opartej o regulację metabolizmu. Jako że tlen zaangażowany jest także w rozwój stresu oksydacyjnego, znanego jako zaburzenie równowagi w generowaniu reaktywnych form tlenu (RFT), dlatego niezbędna jest także metodyka odpowiednia do badania tych wysoce niestabilnych cząsteczek. Aby przeprowadzić wieloczynnikową ocenę badanych leków zaadaptowano kilka uzupełniających się metod, a wśród nich tlenometrię opartą o spektroskopię rezonansu paramagnetycznego (EPR), technologię Seahorse XF, fluorymetryczne obrazowanie żywych komórek i inne. Opracowana metodyka została zastosowana do badań oddychania mitochondrialnego, glikolizy oraz produkcji RFT w zdrowych i chorych komórkach poddanych działaniu różnego rodzaju stresu, ale też do badań efektów związków o potencjalnym farmakologicznym działaniu, które mogą regulować metabolizm komórkowy. Podczas realizacji tego projektu zbadano wpływ różnych farmakologicznie aktywnych związków na metabolizm komórek śródbłonka. Najbardziej interesujące oraz obiecujące wyniki uzyskano dla CORM-401, który jest związkiem uwalniającym tlenek węgla (CO). Od dawna CO jest znany jako „cichy zabójca” z powodu swojej wysokiej toksyczności po wprowadzeniu go do organizmu wraz z wdychanym powietrzem, jednakże ostatnio jawi się jako ważny endogenny sygnalizator. Badania nad fizjologiczną rolą CO nabrały większego tempa dzięki skonstruowaniu ‘cząsteczek uwalniających tlenek węgla’ (ang. Carbon Monoxide-Releasing Molecules, CO-RMs), które umożliwiają dostarczanie małych ilości CO do układów biologicznych, co ma naśladować jego fizjologiczne uwalnianie. Eksperymenty przeprowadzone z zastosowaniem opisanej powyżej metodyki dowiodły że CO w małych stężeniach wywołuje dwuskładnikową odpowiedź metaboliczną w komórkach śródbłonka: przyśpieszenie oddychania mitochondrialnego oraz zahamowanie glikolizy, bez wpływu na pojemność energetyczną komórek. Szczegółowy mechanizm działania CO w komórkach śródbłonka jest złożony, jako że CO może oddziaływać z różnymi cząsteczkami ważnymi biologicznie. Trudno się jednak oprzeć spekulacji, że poprzez wpływ na metabolizm komórkowy CO może pełnić rolę ważnego mechanizmu regulującego homeostazę śródbłonka. Zrealizowany projekt dostarczył zestawu narzędzi do badań metabolizmu komórkowego, które pozwalają na poszukiwanie nowych leków regulujących szlaki metaboliczne. Wyniki projektu nie tylko poszerzyły wiedzę na temat metabolizmu komórek śródbłonka, ale też otwarły nowe perspektywy badań nad metabolizmem innego rodzaju komórek. Z farmakologicznego punktu widzenia projekt ten rzucił nowe światło na tlenek węgla, który pomimo że znany jest ze swego skrajnie szkodliwego działania, może wykazać też efekty terapeutyczne, gdy dostarczony zostanie do układu biologicznego w odpowiednio małych ilościach. Podsumowując, wyniki projektu pozwoliły na sformułowanie kolejnych pytań na temat metabolizmu komórkowego, jego regulacji poprzez dietę czy czynniki farmakologiczne, zmian metabolicznych jako mierzalnych parametrów przewidywania lub zapobiegania rozwojowi chorób czy w końcu terapeutycznego zastosowania tlenku węgla.
