Wszystko dlatego, e zidentyfikowana dokadnie dwadziecia lat temu czsteczka NO, nadal jest w centrum zainteresowania. Jej atrakcyjno pod wzgldem badawczym ju dobrych kilkanacie lat temu dostrzegli rwnie polscy uczeni. Czy niebawem bdziemy witowa kolejny sukces z tlenkiem azotu w roli gwnej?
– Jestemy na etapie wykazania znaczenia tlenku azotu w procesie starzenia mzgu, w zaburzeniach pamici i w chorobach neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera czy Parkinsona. Sporo jeszcze przed nami tajemnic do rozwikania, a liczy si przecie efekt. Zagadnienie nie jest proste – z pewn ostronoci przyznaje prof. Joanna Strosznajder kierujca Zakadem Komrkowej Transdukcji Sygnau w Instytucie Medycyny Dowiadczalnej i Klinicznej im. M. Mossakowskiego PAN.
Z tlenkiem azotu sprawa rzeczywicie nie jest prosta. Ta maa, biologicznie aktywna czsteczka gazu, przy tym niestabilna – ulega rozpadowi po zaledwie piciu sekundach – bierze udzia w niezliczonej iloci procesw fizjologicznych. Bez niej funkcjonowanie orodkowego ukadu nerwowego, immunologicznego, krwiononego, byoby nie tylko powanie zakcone, ale wrcz niemoliwe. Jest odpowiedzialna za przepyw krwi, a tym samym reguluje np. dostarczanie tlenu, glukozy i aminokwasw. Znajduje si dosownie w kadej komrce ludzkiego organizmu: w pucach, wtrobie, nerkach, odku, jelitach... Odpowiada te w duym stopniu za zjawisko erekcji, a u kobiet uczestniczy w mechanizmie pobudzenia seksualnego. Nic dziwnego, e tak wszechstronny zwizek chemiczny zosta uznany przez prestiowy tygodnik „Science” za Czsteczk Roku 1992.
Istotn rol tlenek azotu odgrywa rwnie w mzgu. Tym tropem podyli polscy naukowcy przed laty, a impulsem do dalszych bada staa si tegoroczna wizyta w Polsce Louisa J. Ignarro z University of California w Los Angeles, jednego z trjki noblistw uhonorowanych osiem lat temu za badania nad NO.
– Zajlimy si procesem starzenia mzgu. Starzenie to najwaniejszy czynnik ryzyka chorb neurodegeneracyjnych. Badalimy, jaki jest udzia tej molekuy w procesie starzenia si mzgu. Nasze prace z drugiej poowy lat 90. wzbudziy due zainteresowanie w wiecie. Jako pierwsi wykazalimy wtedy zaburzenia wanych zjawisk na szlaku przekanictwa informacji zalenego od NO – wspomina prof. Strosznajder.
Zaobserwowano, e w mzgach starszych dochodzi do wzrostu poziomu tlenku azotu. Ten nadmiar jest szkodliwy dla komrek. Dwuatomowa czsteczka, ktra odpowiada za tak wiele funkcji w organizmie, okazaa si zdradliwa. Najbardziej u ludzi cierpicych na chorob Alzheimera. Postanowiono wic bliej przyjrze si temu zagadnieniu. Do wsppracy Instytut Medycyny Dowiadczalnej i Klinicznej zaprosi naukowcw z Uniwersytetu Goethego we Frankfurcie nad Menem. W sumie w przedsiwziciu uczestniczyo 15 osb. Trzyletni projekt wanie dobieg koca.
– Ju teraz mog powiedzie, e by to niezwykle owocny grant. Da nam moliwo szerszego spojrzenia, zrozumienia wielu zjawisk, ktre zachodz w komrce. Przyczyny nadmiaru tlenku azotu i skutki jego dziaania badalimy na liniach komrkowych i zwierztach modyfikowanych genetycznie oraz na materiale biologicznym, pochodzcym od pacjentw z chorob Alzheimera – wyjania prof. Joanna Strosznajder.
Choroba ta dotyka gwnie ludzi starszych. Ryzyko jej wystpienia ronie wraz z wiekiem. Pierwsze objawy pojawiaj si u szedziesiciolatkw. Po 85. roku ycia zapada na ni prawie poowa populacji. Na wiecie jest ju kilkanacie milionw ludzi dotknitych tym schorzeniem. W Polsce – ponad 250 tysicy. Uwaa si, e czciej na chorob zapadaj kobiety. Ale to prawdopodobnie zudzenie, wynikajce z prostego faktu – po prostu kobiety yj duej od mczyzn i w zwizku z tym czciej mona stwierdzi u nich t chorob.
– Pojawiaj si tu i wdzie takie sugestie, e terapia hormonalna moe jako przed ni chroni. Ale dokadne badania w duych populacjach tego nie potwierdzaj. Udao si za to potwierdzi, e okoo 5−10 procent przypadkw jest uwarunkowanych genetycznie. Ostatnio w badaniach przeprowadzonych w naszym instytucie okazao si, e istnieje zwizek pomidzy zmianami polimorfizmu genu endotelialnej syntazy NO a chorob Alzheimera w populacji polskich pacjentw. Ta izoforma syntazy bierze udzia w regulacji krenia i mechanizmie uczenia si i pamici.
Choroba Alzheimera zaczyna si cakiem niewinnie. Od zapominania, w ktrym miejscu le okulary, gdzie gazeta, co si stao z pooonymi na st kluczami. Z czasem objawy przybieraj na sile: pojawiaj si trudnoci z odnalezieniem waciwej drogi do domu, czowiek zaczyna si ba, staje si agresywny. Pierwszy przypadek zdiagnozowano w 1907 roku i od tamtej pory nieustannie trwaj poszukiwania skutecznego lekarstwa. Na razie bez skutku. Ale za to wiedza na temat choroby znacznie si poszerzya. I to daje ju pewn nadziej. Wiadomo, e za rozwj schorzenia odpowiedzialny jest amyloid beta – peptyd, ktry odkada si w komrkach mzgu, doprowadzajc stopniowo do ich mierci. Uszkodzeniu ulegaj w tym procesie take poczenia midzykomrkowe, co w bezporedni sposb prowadzi do zaburze i utraty pamici. Std wanie ten objaw najczciej kojarzony jest z chorob Alzheimera. Polscy naukowcy dostrzegli w przebiegu schorzenia jeszcze jedno ciekawe zjawisko – znaczcy wzrost poziomu tlenku azotu.
– Sprbowalimy zbada, jaki jest wpyw amyloidu beta na aktywno enzymu wytwarzajcego NO. I udao nam si wykaza, i zwiksza t aktywno, a co za tym idzie – rwnie podnosi poziom NO. Tlenek azotu, ktry sam jest wolnym rodnikiem, w wyniku interakcji z innym wolnym rodnikiem staje si moleku toksyczn i uwalnia z kolei biaka, ktre bior udzia w obumieraniu komrki.
Ale naley pamita, e sama czsteczka NO, produkowana nawet w duych ilociach, nie jest niebezpieczna. Dopiero gdy wejdzie w reakcj z rodnikiem ponadtlenkowym, powstaje toksyczny zwizek, ktry powoduje tzw. kaskad wolnorodnikow. Uszkadza ona struktury wewntrzkomrkowe. A najpowaniejsz konsekwencj jest uszkodzenie DNA, struktury bdcej nonikiem informacji genetycznej.
– DNA jest uszkadzane w kadej sekundzie naszego ycia przez rne czynniki, jak choby dym tytoniowy. Komrka stale uruchamia jednak mechanizmy naprawcze. W przypadku masywnego uszkodzenia DNA mamy do czynienia z nadmiern aktywacj enzymu, co doprowadza do bardzo niekorzystnych zmian w komrce – tumaczy prof. Strosznajder i opisowo przedstawia sekwencje zdarze prowadzcych do mierci komrek w wyniku zabjczego dziaania NO.
– Tlenek azotu niczym „duch” przenika przez ciany komrkowe i, co ciekawe, nie dziaa w komrkach, w ktrych jest syntetyzowany, lecz w ssiednich. I to dla nich jest toksyczny. W nastpnym etapie bada sprbujemy dokadnie zbada wanie ten enzym, ktry ostatecznie decyduje o przeyciu bd mierci komrki – dodaje.
Z chorob Alzheimera wie si rwnie inny wynik bada. Okazao si, i struktur mzgow najbardziej naraon na dziaanie tlenku azotu jest hipokamp, odpowiedzialny za pami i uczenie si. To wanie tam, a nie np. w korze mzgowej nowej, zaobserwowano najwicej zmian w wyniku dziaania NO. Czyby wic miao si okaza, e to wanie jest retrograde messenger, poszukiwany od dawna klucz do rozwizania zagadki mechanizmu zapamitywania? By moe najwaniejsz funkcj tej niewielkiej molekuy w ukadzie nerwowym jest wanie rola tzw. przekanika zwrotnego, przesyajcego informacj z czci postsynaptycznej do presynaptycznej. Oznacza to, e bierze ona udzia w dugotrwaym wzmocnieniu synaptycznym, czyli wzmocnieniu informacji, dziki czemu jest ona zapamitywana i utrwalana. To niezwykle wana funkcja NO, bo dziki niej nie musimy kadego lata od nowa „uczy si” choby zapachu wieych pomaraczy. Raz zakodowany sygna zostaje w odpowiednim momencie uruchomiony ponownie.
– Po okresie bardzo ostrych star naukowych wyklarowao si dominujce obecnie spojrzenie na patomechanizm choroby Alzheimera. Zwizane jest ono wanie ze zwikszonym uwalnianiem amyloidu beta, ktry wywouje wszelkie zmiany towarzyszce chorobie. Z zaburzeniem tym zwizane s wszystkie znane obecnie mutacje genetyczne. W ostatnich latach dokona si ogromny postp w badaniach w tym zakresie. Wiemy ju na przykad, jakie enzymy odpowiedzialne s za uwalnianie i degradacj tego peptydu.
Zatrzymanie procesu nadmiernego uwalniania NO mogoby si przyczyni w duym stopniu do zapobiegania chorobie Alzheimera. Ale nie bdzie to takie atwe. Tlenek azotu syntetyzowany jest z wystpujcego naturalnie w ludzkim organizmie aminokwasu L−argininy przez enzym – syntaz tlenku azotu. Najwicej kopotw sprawiaj naukowcom pewne formy tego enzymu: indukowana i neuronalna, odpowiadajce za nadprodukcj tlenku azotu, oraz endotelialna, nadzorujca w hipokampie prawidowe funkcjonowanie mechanizmw uczenia si i pamici. Opracowujc lek, naleaoby wic specyficznie zahamowa syntaz indukowan i neuronaln, ale nie naruszy endotelialnej, a by moe nawet jeszcze bardziej j aktywowa. Niestety, to zadanie skomplikowane. Dlatego te na razie leki, ktre s na rynku, jedynie spowalniaj i agodz objawy choroby. Opni jej rozwj, ale niecakowicie wyeliminowa, mog wszelkie czynnoci intelektualne, takie jak rozwizywanie krzywek, gra w szachy. Z drugiej strony naley pamita, e w batalii tej tlenek azotu nie jest jedynym przeciwnikiem.
– Choroba Alzheimera to patologia wieloczynnikowa i byabym ostrona jeli chodzi o „faworyzowanie” ktregokolwiek elementu. Trudno powiedzie, czy tlenek azotu odgrywa jak rol w etiologii tej choroby, ale na pewno w patomechanizmie ma istotne znaczenie – podsumowuje wnioski z midzynarodowego grantu prof. Strosznajder.
I podkrela, e poszukiwania skuteczniejszych zwizkw prowadzone s rwnie w kierowanym przez ni zakadzie. Przy wsppracy z Politechnik Warszawsk prbowano udoskonali zwizki, usuwajc rodnik ponadtlenkowy. To w znacznej mierze obniyoby toksyczno tlenku azotu, ktry sam nie stwarzaby ju zagroenia. I rzeczywicie, okazao si to dobrym posuniciem. Ale... tylko dobrym.
– eby zachci due koncerny, potrzebny byby wynik nie troch lepszy, ale wrcz rewelacyjny. Musi by naprawd atrakcyjny, eby kto zdecydowa si zainwestowa ogromne pienidze. Ale nie poddajemy si i nadal walczymy, tym bardziej e wyniki naszych wczeniejszych bada rozbudziy spore nadzieje.
Coraz lepiej, rwnie dziki polskim naukowcom, rozumiemy genez i patomechanizm choroby Alzheimera. Na kocowy sukces trzeba bdzie jednak poczeka. Ale warto, nawet za cen nieudanego eksperymentu, przeciera nowe szlaki. W kocu, jak przyzna w maju tego roku w Warszawie prof. Louis J. Ignarro, „Nagroda Nobla nigdy nie trafi do osoby, ktra caymi latami jedynie pogbia obecn wiedz”.