Choroby mitochondrialne w badaniach in vivo na danio pręgowanym

Zaburzenia czynności mitochondriów mogą wystąpić w dowolnym narządzie. Mogą dotyczyć mózgu, nerwów, mięśni, serca, nerek, oczu czy trzustki i nierzadko przyczyniają się do powstania chorób, takich jak dystrofia mięśniowa, nowotwory czy choroby neurodegeneracyjne, jak np. choroba Alzheimera czy Parkinsona.

Komórki eukariotyczne można porównać do telefonów komórkowych. Jedne i drugie są drobne, ale też potężne; mogą pracować zarówno jako samodzielny system, jak i element zespołu. Każdy telefon składa się z szeregu współpracujących podzespołów o jasno określonych funkcjach. Podzespoły zwane organellami stanowią również warunek prawidłowego działania komórek eukariotycznych. Najbardziej niezwykłe wśród nich są mitochondria. Struktury te przypominają samoładującą się baterię dostarczającą energii dla całej komórki; posiadają też specyficzną budowę, która pozwala zwiększyć ich wydajność. Składają się z dwóch błon: zewnętrznej i wewnętrznej. Błona zewnętrzna otacza wewnętrzną niczym gumowa osłona telefon komórkowy. Podczas gdy powierzchnia telefonu jest jednak gładka, wewnętrzna błona mitochondrium – przeciwnie – w wielu miejscach jest pofałdowana i ma budowę warstwową. Dzięki temu obie błony nie stykają się ze sobą bezpośrednio i tworzy się między nimi niewielka przestrzeń międzybłonowa. Błona wewnętrzna otacza macierz mitochondrialną. Te dwa elementy współdziałają ze sobą w procesie wytwarzania energii na potrzeby komórki.

Kolejną cechą, która sprawia, że mitochondria są naprawdę wyjątkowe, jest to, że posiadają własne DNA. DNA mitochondrialne jest znacznie mniejsze niż DNA jądrowe i koduje 13 białek o kluczowym znaczeniu dla produkcji energii. Żeby jednak mitochondria mogły rzeczywiście sprawnie działać, potrzebują ponad 1000 różnych białek – 99% z nich kodowanych jest w DNA jądrowym i wymaga transportu do wnętrza mitochondriów. Ze względu na ich złożoną budowę, proces ten stwarza szereg trudności i wymaga specjalnej maszynerii, która pozwala dostarczyć białka do miejsc, gdzie są potrzebne. Zaburzenia czynności mitochondriów spowodowane zachwianiem równowagi importu białek mogą mieć poważne konsekwencje i prowadzić do różnych schorzeń. Ze względu na wysokie zapotrzebowanie energetyczne tych narządów większość chorób mitochondrialnych dotyczy mózgu i mięśni. Choroba Alzheimera stanowi obecnie najczęściej spotykaną postać otępienia; zapada na nią na całym świecie 46 milionów osób rocznie, a szacuje się, że do roku 2050 liczba przypadków się potroi.

Wiadomo już wiele o systemie, który uczestniczy w transporcie białek mitochondrialnych, wciąż nie jest jednak jasne, co właściwie dzieje się w fazie cytozolicznej tego procesu. Głównym celem projektu było stwierdzenie, czy białka mitochondrialne najpierw powstają w cytozolu, a następnie podlegają transportowi do mitochondriów, czy też produkcja niektórych z nich jest bezpośrednio sprzężona z importem. Aby odpowiedzieć na to pytanie, jako organizm modelowy posłużył nam danio pręgowany. Danio pręgowany to niewielka ryba tropikalna, która posiada wiele cech wspólnych z człowiekiem. Człowiek dzieli z nią 70% materiału genetycznego, a 84% genów odpowiedzialnych za  rozmaite schorzenia u ludzi posiada u tego gatunku swój odpowiednik. Daje to pewność, że dane dotyczące dania pręgowanego będą dokładniejsze niż pozyskane w drodze badań in vitro, a przez to łatwiej będzie można wnioskować na ich podstawie o biologii człowieka.

Wyniki projektu wskazują, że import potranslacyjny, w ramach którego najpierw następuje synteza białek mitochondrialnych w cytozolu, a dopiero potem ich import do mitochondriów, jest najbardziej typowy. Sprzężenie syntezy z importem mitochondrialnym stanowi jednak wyspecjalizowaną ścieżkę dla niektórych białek o szczególnych właściwościach, które trudno importować w sposób potranslacyjny. Co ciekawe, wydaje się, że aby dodatkowo usprawnić mitochondrialny import białek, komórki mogą wykorzystywać również inne organelle; do takich struktur należy np. siateczka endoplazmatyczna, która pełni funkcję samodzielnego ośrodka syntezy i składania określonych rodzajów białek. Wykazano, że upośledzenie importu białek przestrzeni międzybłonowej powoduje nieprawidłowości w rozwoju i czynności trzustki i wątroby. Udało się ponadto zidentyfikować komórki groniaste odpowiedzialne za wytwarzanie i transport enzymów trawiennych, na które zaburzenia biogenezy mitochondrialnej również mają olbrzymi wpływ. Uzyskane w projekcie dane pozwalają lepiej zrozumieć konsekwencje niewydolności mitochondrialnej na poziomie molekularnym, komórkowym i całego organizmu, co ma duże znaczenie dla trafnej diagnozy i rozwijania nowych strategii terapeutycznych w chorobach mitchondrialnych.

Jakie korzyści przyniósł Pani program POLONEZ?

Program POLONEZ wspomaga rozwój kariery kobiet. Ma to dla mnie szczególne znaczenie, ponieważ dążę do osiągnięcia ważnej pozycji w świecie nauki przy jednoczesnym wypełnianiu obowiązków macierzyńskich. Szeroka gama dostępnych kursów pozwoliła mi zwiększyć osobistą efektywność, a także zdobyć umiejętności w zakresie zarządzania projektami i prowadzenia prezentacji. Zyskałam po prostu więcej pewności siebie w tym niezwykle dynamicznym i bardzo konkurencyjnym obszarze badań jakim jest bioinformatyka.