Prispevek na 2. natečaju Znanost na delu
Katarina Hočevar1,2, Matej Vizovišek1, Alicia Wong3, Joanna Koziel3, Jan Potempa3, Boris Turk1
1 Oddelek za biokemijo, molekularno in strukturno biologijo, Institut Jožef Stefan, Jamova cesta 39, 1000 Ljubljana, Slovenija
2 Mednarodna podiplomska šola, Jamova cesta 39, 1000 Ljubljana, Slovenija
3 Oddelek za mikrobiologijo, Fakulteta za biokemijo, biofiziko in biotehnologijo, Jagielonska univerza, ul. Gronostajowa 7, 30-387 Krakov, Poljska
Se vam je že zgodilo, da si ščetkate si zobe, izpljunete in v lijaku vidite krvavo sled? Velikemu deležu svetovne populacije je zgoraj opisan scenarij dobro poznan, saj se s težavo krvavitve dlesnimi sooča več kot 75% odraslih. Krvaveče in na dotik občutljive dlesni so simptom bolezni gingivitis. In če gingivitisa ne zdravimo, se lahko razvije v hudo paradontalno bolezen, ta pa se odraža v razgradnji dlesni in čeljustne kosti ter posledično izpadanju zob.
Eni izmed glavnih povzročiteljev težav povezanih s paradontalno boleznijo so gingipaini. To so proteaze (encimi, ki cepijo proteine), ki jih izločajo patogene bakterije v obzobnih žepkih. Njihove tarče so različnega izvora: bakterijski proteini ali pa proteini na celicah dlesni. V prvem primeru gingipaini bakterijam omogočajo preživetje v ustni votlini, v drugem pa poškodujejo celice dlesni in tudi na ta način pripomorejo k razvoju paradontalne bolezni.
Na področju raziskav proteaz se v zadnjih letih veliko govori in piše o pojavu, imenovanem šeding. To je natančno regulirana cepitev proteinov s površine celice, kjer ima odcepljeni substrat novo vlogo v okolici. Predstavljajmo si celico kot kroglo, iz katere štrlijo različni proteini – receptorji, signalne molekule, adhezijske molekule itd. Proteaza, ki izvaja šeding, površino celice pobrije t.j. te štrleče proteine odstriže tik ob celični membrani, odcepljeni del proteina pa lahko sproži signalizacijo in s tem buren odziv celice. Po šedingu je površina celice spremenjena, ni več receptorjev in tako celica ne sprejema več signalov iz okolja. S šedingom lahko proteaza odstrani tudi adhezijske molekule, ki so pomembne za pritrjanje na sosednje celice in bistvene za obstoj celic. V naši raziskavi smo iskali odgovor na vprašanje, ali so tudi gingipaini sposobni šedinga in če so, kakšne so posledice cepitve proteinov s površine dlesničnih celic ter njihov vpliv na razvoj bolezni.
Poskuse smo zasnovali tako, da smo celično linijo dlesničnih epitelijskih celic inkubirali z bakterijami, ki izločajo gingipaine, nato pa celični supernatant analizirali s pomočjo masne spektrometrije. Iskali smo proteine, ki so jih gingipaini pobrili s površine. Žal pa se je izkazalo, da so bakterije izredno agresivne in izločajo tako veliko količino gingipainov, da razgradijo praktično vse proteine. Tako tudi z masno spektrometrijo, ki je sicer dokaj občutljiva metoda, nismo detektirali skoraj nobenega proteina več. Odločili smo se, da eksperiment spremenimo tako, da celice tretiramo z izoliranimi gingipaini. S tem, ko smo uporabili le gingipaine, smo imeli več nadzora nad njihovo koncentracijo in obsežnostjo razgradnje.
Iz rezultatov je razvidno, da pri nižjih koncentracijah, ki so predstavljale začetno stanje bolezni, šeding poteka. Pri višjih koncentracijah, ki so sinonim za naprednejšo obliko bolezni, pa gingipaini celice najprej pobrijejo, nato pa razgradijo tudi odcepljene proteine. Dalje smo opazili, da gingipaini večinoma cepijo adhezijske molekule, ki skrbijo za stike med celicami in zunajceličnim matriksom. Ti stiki adhezijskih molekul so bistveni za obstoj in delovanje celic. Brez njih namreč dlesnične epitelijske celice odmrejo. Predpostavljamo, da se točno to dogaja pri paradontalni bolezni: gingipaini s površine odcepijo adhezijske molekule, celice nimajo več stika s svojimi sosedami, kar sproži celično smrt. Kadar je gingipainov veliko, je tudi poškodovanih celic veliko in to se odraža kot opazno odmiranje tkiva.
Kadar želimo iskati zdravilo oz. način zdravljenja določene bolezni, moramo najprej natačno poznati mehanizmen delovanja povzročiteljev in način razvoja bolezni. Ko najdemo šibko točko, pa lahko začnemo iskati učinkovito zdravilo, ki bo delovalo nanjo. Z našim delom smo pokazali nov način delovanja gingipainov na celice dlesni. Upamo, da bodo nadaljnje raziskave privedle do odkritja učinkovitega zdravila za paradontalno bolezen, ki ga do sedaj žal še nimamo.
Katarina Hočevar je kemičarka po izobrazbi in doktorska študentka na področju biokemije in molekularne biologije na MPŠ. Zanima jo, kako stvari v naravi delujejo; kako in zakaj nastajajo naravni procesi, kako se razvijajo bolezni in kakšni so mehanizmi našega telesa v obrambi proti patogenom. V svojem prostem času rada hodi v gore, organizira različne dogodke, predvsem pa je strastna popotnica in avtorica popotniškega bloga Lahkih nog naokrog. Na potovanjih po svetu odkriva sebe in spoznava raznolikost našega planeta, ki jo napolnjuje z veseljem do življenja in čudenjem nad naravo.