Тропомиозин – протеинът, който закрепва клетките към колагена в човешкото тяло

Екип от Университета на Нов Южен Уелс в Сидни установява, че специфичен протеин, познат като тропомиозин, има функцията да осъществява връзката на клетката с колагена в тялото.

Откритието е публикувано в списание „Nature Materials“ на 13.09.2021 г. и може да даде отговори на немалко въпроси, свързани с раковите заболявания и тяхната специфика.

Ролята на фокалните сраствания (котвички)

Повечето от човешките клетки – в костите, мускулите или панкреаса например, са здраво закрепени на точното си място благодарение на миниатюрни котвички, наречени фокални сраствания. Те използват протеинови вериги, за да свържат клетката с колагена, който придава на човешкото тяло структура и форма.

Котвичките помагат на клетките да останат на правилното местоположение и в повечето случаи предпазват средата им от увреждане. Ако обаче дадена клетка се видоизмени и превърне в ракова, веригата се къса и ракът започва да се разпространява в тялото.

Мария Ластра Кахихас, водещ автор на изследването, разказва повече: „Открихме протеина, без който това стабилно закрепване на клетките не би било възможно. Ако то не е достатъчно здраво, клетката може да се откъсне, да започне да се движи и да атакува други тъкани, както е при рака.“

До този момент учените знаеха, че ракът отслабва захвата на клетките, но не и как точно се случва това. Една от причините е твърде малкият размер на веригата на котвичката – едва няколко нанометра дебелина, или 1/10 000 от размера на човешки косъм.

Предимствата на криоелектронната микроскопия

Австралийските експерти използват специална 3D криоелектронна микроскопия, за да получат изображения на клетки с висока резолюция. По този начин те успяват да открият тропомиозина – ключовият протеин във веригата, който ги държи здраво закрепени*. Криоелектронната микроскопия е най-добрата техника за изследване протеините във вътрешността на клетките, като през 2017 г. иновацията получава Нобелова награда в областта на химията.

Проф. Питър Гънинг, част от екипа, споделя: „За първи път успяваме да разгледаме в детайли как изглежда веригата на котвичките. Технологията, която използвахме, е напълно непозната.“

Учените работят в центъра за електронна микроскопия „Mark Wainwright“ и са първите, които я прилагат с цел изследване веригите на тропомиозина. Те успяват да разгадаят ролята му, като сравняват нормални клетки с клетки от пациенти с рак на костите и с ракови клетки, създадени в лабораторни условия. След това връщат тропомиозина обратно в раковите клетки, където, за тяхна изненада, котвичките отново започват да функционират нормално.

Мария Кахихас допълва: „За в бъдеще бихме искали да намерим начин да използваме наученото в борбата си с раковите клетки и да ограничим тяхното разпространение в човешкото тяло.

В по-краткосрочен план възнамеряваме да се опрем на откритията си, за да разберем дали ракът по принцип не е податлив на метастазиране, тоест на придвижване в други части на тялото, което по-нататък би могло да помогне да намерим алтернативно лечение на болестта.“

Проф. Гънинг и един от съавторите проф. Една Хардеман посвещават 40 години от живота си на работата на клетките и са категорични, че научното откритие е изключително важно за разплитането на мистерията около тяхното функциониране.

„Толкова съм щастлив, че трудът на колегите ми се увенча с успех“, признава проф. Гънинг. „Те намериха доказателства за всичко онова, което ние години наред изследвахме – структурата на клетката.“

Молекули инхибитори на протеина тропомиозин

Близо 30% от тялото ни е колаген, който оформя така наречената „матрица“ (вътреклетъчно вещество).

Матрицата е своеобразно скеле в нашите кости, сухожилия, мускули и кожа. Тя е почти навсякъде. За разлика от клетките, които се движат из тялото, като например тези в кръвта, колагеновата матрица играе ролята на дом за всички останали, включително и за раковите, за съжаление.

Ракът на панкреаса е един от няколко вида ракови заболявания, който може да се възползва от матрицата и да я моделира така, че да му послужи като бариера около самото туморно образувание. Когато това се случи, лечението на рака с химиотерапия и имунотерапия е много по-трудно, тъй като той вече си е създал защитен механизъм. Бариерата се образува от панкреасни фибробласти, свързани с рака (PCAF) – клетките около тумора, които са закрепени с помощта на протеинови вериги. Сега, когато учените знаят кои са протеините в котвичките на клетките и във веригите, ще бъде по-лесно да ги изследват и евентуално да ги включат в иновативни терапии, целящи да разбият тази защитна стена.

Протеинът тропомиозин може да се повлиява от медикаменти

Според проф. Хардеман тропомиозинът може да бъде атакуван от малки молекули инхибитори, или лекарства. Тя пояснява, че такъв тип медикаменти биха могли да отслабят временно защитата около тумора, за да се даде възможност на назначената терапия да постигне своята цел и да унищожи раковите клетки.

Плах поглед към бъдещето

Макар резултатите да са обещаващи, проф. Гънинг е на мнение, че подходящ инхибитор може би няма да бъде създаден в близките няколко години. Той добавя още: „Вече сме запознати с биологията, но пътят, който трябва да бъде извървян от там до реалното лечение на пациентите е много дълъг и непредсказуем. Имаме представа какво ни очаква, но не и колко време ще ни отнеме да стигнем до крайната точка.“

В обозримо бъдеще протеинът тропомиозин може да се използва от експертите, за да се прогнозира кои видове рак е вероятно да се разпространят по-бързо.

Гънинг вярва, че благодарение на новите открития, свързани с биологията на раковите клетки, е възможно след време да се намери подход за поставяне на строго индивидуална диагноза на раково болните пациенти.

* Cagigas, M.L., Bryce, N.S., Ariotti, N. et al. Correlative cryo-ET identifies actin/tropomyosin filaments that mediate cell–substrate adhesion in cancer cells and mechanosensitivity of cell proliferation. Nature Materials. 2021.