Kapuy Orsolya a Semmelweis Egyetem Orvosi Vegytani, Molekuláris Biológiai és Patobiokémiai Intézetének egyetemi adjunktusa. A biotechnológia területén nemrégiben nyerte el „A Nők a Tudományban Kiválósági Díj 2015” kitüntetést. Posztdoktori munkáját az NKFI Hivatal, illetve az OTKA is támogatta.

A díjról szóló tudósítás szerint „kutatásai fókuszpontjában a sejtszintű élet-halál döntési folyamatot irányító hálózat dinamikai viselkedésének a megértése áll”.

Kapuy Orsolya

Igen, az élet és a halál közötti döntést vizsgáljuk a sejtek szintjén. Ha megértjük a sejtek döntési mechanizmusait, akkor a szervezet viselkedésére is tudunk majd következtetni. A sejtek a külső ingerekre választ fogalmaznak meg, hogy alkalmazkodhassanak a környezetükhöz – ilyen az élet és a halál közötti döntés is. Ha az ingerek stresszt váltanak ki a sejtben, akkor a sejtnek el kell döntenie, hogy képes-s eltűrni ennek a stressznek a mértékét. Először bekapcsolja azokat a mechanizmusokat, amelyekkel a túlélésre játszik, de ha a stressz-szint elér egy kritikus értéket, akkor az önemésztő folyamatait indítja be, hiszen a szervezetnek arra van szüksége, hogy a káros sejtek megöljék magukat, mert ez a túlélés záloga. Alapvetően a sejtek az autofágia vagy az apoptózis mechanizmusával pusztíthatják el magukat. Az autofágia belső önemésztés: a sejtben autofagoszómák, kis vezikulumok képződnek, amelyek bekebelezik a hibás részeket, komponenseket, és megemésztik őket – ezzel csökkenthetik a hiba mennyiségét. Az autofágia most a kutatások homloktérben áll; olyan túlélési mechanizmusnak tekintik, amely stressz hatására mindig bekapcsol, és megpróbálja szabályozni a túlélési folyamatokat. Ha viszont túl nagy a stressz, a sejt átvált az apoptózisra, az öngyilkossági folyamatra: a sejt olyan fehérjéket aktivál, amelyekkel önmagát pusztítja el, illetve jelet ad a körülötte levő sejteknek (például a falósejteknek), hogy falják fel, pusztítsák el, mert nincs rá szükség.

Mi azt vizsgáljuk, hol van az a pont, és hogyan jut el a sejt addig a pontig, amikor azt „mondja”, oké, itt még fenntartom az autofágiát, megpróbálok túlélni, vagy hoppá, itt az apoptózis ideje, jöjjön a halál. Azt szeretnénk tisztázni, milyen kapcsolatok, vagy ahogy nevezzük, milyen keresztkapcsolatok vannak a két folyamat között molekuláris szinten.

A sejtet többféle stressz érheti, például éhezés, oxidatív stressz, endoplazmás retikulum stressz, mi ezzel az utóbbival foglalkozunk. Az endoplazmás retikulum nagyon fontos sejtorganellum: különböző kiválasztó fehérjék és membránfehérjék szintézisében játszik szerepet. Ha stressz éri, számos betegség alakulhat ki (például Parkinson-kór, Alzheimer-kór).

Úgy gondoljuk, hogy ha endoplazmás retikulum stresszt idézünk elő, akkor az autofágiát és az apoptózist bekapcsoló stresszválasz-mechanizmus két folyamat, az „UPR” és az „mTOR” révén valósul meg. Az UPR-t (unfolded protein response) „nem feltekeredett fehérje válasz”-nak hívjuk. Az endoplazmás retikulumban – ahogy említettem – kiválasztó fehérjék és membránfehérjék szintetizálódnak; ha ezek nem megfelelően tekerednek fel, tehát nem megfelelően szintetizálódnak, hibás „fehérjehalom” keletkezik a sejtben. Ekkor az UPR jelátviteli útvonal kap egy jelzést, és elindítja, aktiválja az autofágiát: autofagoszómák szintetizálódnak, amelyek bekebelezik a hibás, nem megfelelően feltekeredett fehérjéket, és ezzel csökkentik a stressz hatását.

A sejtek élet-és-halál közötti döntési mechanizmusa endoplazmás retikulum stressz esetén. A) Alacsony vagy akut stressz az UPR által a túlélést segítő autofágiás emésztő folyamatokat indukálja. B) Erős vagy tartós stressz esetén az UPR az mTOR segítségéve

Ha még mindig termelődnek hibás fehérjék, akkor az UPR az apoptózist is aktiválja, és a sejt öngyilkosságot követ el. Más csoportokkal együtt mi is kimutattuk, hogy az apoptózis bekapcsolásakor az autofágia kikapcsol, a kettő együtt nem működik: a sejt vagy a túlélést választja, vagy a sejthalált.

Időközben észrevették, és most mi is azt vizsgáljuk, hogy az mTOR (mammalian target of rapamycin) útvonalnak milyen szerepe van ebben a keresztkapcsolatban. Eddig annyit tudtunk, hogy az mTOR a sejtek növekedésében és energiaszintjük fenntartásában játszik szerepet. Az új eredmények viszont azt mutatják, hogy ebben az élet-halál döntésben is lehet szerepe, mert az apoptózis bekapcsoláskor nagyon erős mTOR-aktivitást figyeltek meg. A keresztkapcsolatok tisztázásakor ezt mindenképpen figyelembe kell vennünk.

Milyen módszerekkel dolgoznak?

Molekuláris és elméleti biológiai megközelítést is használunk. A molekuláris biológia kísérletes eszközökkel próbálja megérteni és feltárni a szabályozási hálózatban szerepet játszó komponenseket. Nekünk humán sejtvonalaink vannak, ezeket különböző stresszorokkal kezeljük, és követjük a szabályozó molekulák fehérje- vagy RNS-szintjének a változását. Azokat a molekuláris kapcsolatokat, amelyeket kísérletesen igyekszünk feltárni, előbb matematikai modellel próbáljuk meg leírni: megjósoljuk, hogy az adott molekulák pozitívan vagy negatívan hatnak egymásra, van-e oda-vissza hatás közöttük. A matematikai modell alapján tudjuk egyáltalán elképzelni, hogy milyen szabályozási kapcsolatoknak kell kialakulniuk az élet-halál kérdés eldöntéséhez, a kísérletekben pedig megnézzük, hogy tényleg a megjósolt kapcsolatok vannak-e jelen.

Kicsit olyan, mintha puzzle-t raknánk ki: a fedőképet összerakjuk a matematikai modellel, aztán molekuláris biológiai módszerekkel megpróbáljuk a helyükre tenni a puzzle-darabokat – csakhogy ettől még nem készül el a kép, mert nem olyan, mint amilyet a játékboltban megveszünk. A fedőkép állandóan módosul, mert előfordul, hogy elsőre nem találjuk meg a megfelelő kapcsolatot, és természetesen a puzzle-darabok is változnak. A kép folyton mozog, de mégis jó kiindulási alapot teremt a munkánkhoz.

2016. április