Mucha neurozdegenerowana

Są takie muchy, które na starość zapominają, jak latać. A raczej są ludzie, którzy potrafią zmusić muchę, żeby zapomniała. Modelem alzheimera, parkinsona i tym podobnych chorób może być też nicień czy nawet drożdże.

Niedawno pisałam, że starość nie jawi się nam już jako szacowny stan. Wiążą się z nią bowiem często różne przypadłości, także takie, o których mówi się w „Mądrości Syracha”: „Szanuj ojca, choćby i rozum stracił”. Dodajmy, że symptomy, które wiążą się z postępem chorób neurodegeneracyjnych nie są wyłącznie związane z trzecim wiekiem.

Zrozumienie komórkowych i molekularnych mechanizmów rządzących patogenezą tych schorzeń jest coraz lepsze. Stało się tak dzięki określeniu mutacji genetycznych towarzyszących rodzinnym formom niektórych spośród tych schorzeń oraz dzięki łatwym dla manipulacji genetycznych organizmom modelowym. Takie modele pozwalają badać szybciej, taniej i lepiej, a zatem odnaleźć kolejne puzzle w patologicznej układance (czyli kolejnych graczy odpowiedzialnych za powstanie schorzenia). Stanowią one dogodny start dla testów nowych potencjalnych terapeutyków.

Co to jest model?
Kilka lat temu popularny na ulicach wielkich miast plakat reklamujący pewien gigantyczny długopis za pomocą niezmiernie przystojnego, półnagiego modela głosił: „Każda chce takiego”. Idąc tym tropem, model jakiejś patologii to dogodny i całkiem elegancki sposób na wykazanie tego, co chcemy wykazać, a co stanowi sedno i jądro jej molekularnego podłoża. Paradoksalnie zatem: nie trzeba mieć mózgu (choć oczywiście jest to pomocne), aby zachorować na schorzenie neurodegeneracyjne. Wystarczy być „drożdżem” piekarskim, którego komórki wyprodukują stosowne białko odpowiedzialne za schorzenie u ludzi, a drożdże będą przejawiały jakikolwiek patologiczny fenotyp, bo ich komórki przez około miliard lat ewolucji, które dzielą nas od nich, nie zatraciły zdolności wytwarzania partnerów dla badanego przez nas np. beta-amyloidu czy białka tau wywołujących alzheimera. Istotnie – takie drożdże każdy badacz schorzeń neurodegeneracyjnych chciałby mieć.

Jak twierdzą specjaliści od genomiki, porównania pomiędzy genomem ludzkim a muszki owocowej wskazują na wysoki stopień konserwacji ewolucyjnej białek odpowiedzialnych za przebieg fundamentalnych procesów biologicznych.

Oczywiście, że drożdże z nami nie pogadają i nie będą przejawiały badanej przez nas patologii – jak pacjenci cierpiący na te schorzenia – ale to nie przeszkadza w badaniu interakcji białka z białkiem i wyciąganiu stąd wniosków co do terapii. A jak już mamy do czynienia z nicieniem Caenorhabditis elegans, który ma neurony i nawet cały układ nerwowy, to badanie na nim schorzeń neurodegeneracyjnych wydaje się stosowne nawet laikowi. A co dopiero w przypadku muszki owocowej – ta i polata, i poobserwuje, i poszuka pożywienia, i będzie się ratować przed utonięciem w kropli wody… Ileż tu możliwości dla testów behawioralnych! Organizmy modelowe mają w pełni poznany genom, a ich naturalne właściwości genetyczne (muszka owocowa była obiektem badań genetycznych na długo przed odkryciem DNA) sprawiają, że manipulacje prowadzące do uzyskania w kontrolowany sposób pożądanych genotypów i fenotypów są zasadniczo proste.

Szczur bez szans
Ktoś zapyta: „Dlaczego tych chorób nie można nadal badać na szczurach czy myszach”? Odpowiem: „A ile kosztuje wybudowanie i utrzymanie zwierzętarni? Ile trwa ciąża i oczekiwanie na nową generację u ssaków, w porównaniu z drożdżami, nicieniami czy muchą? Ile trzeba użyć drogiego (np. radioaktywnego) odczynnika dla szczura, a ile dla muszki? W obrębie jakich statystyk obracamy się w obu porównywanych przypadkach?”.

Żaden gryzoń nie wytrzymuje porównania z modelami bezkręgowymi. Te same wyniki uzyskane w ciągu dwóch miesięcy pracy nad muszką owocową wymagałyby co najmniej dwóch lat badań nad gryzoniami, które żyją kilkadziesiąt razy dłużej i mają znacznie mniej potomstwa niż mucha, nicień, o drożdżach nawet nie wspominając.

Warto dodać, że neurodegeneracji (podobnie jak wielu innych procesów patologicznych) nie trzeba badać u muszki w tej tkance, która „choruje” u człowieka. Czyli mucha nie musi dostać biegunki, aby dało się zbadać, w jaki sposób toksyny cholery działają na białka komórkowe naszych jelit. Nie trzeba też wyrazić w komórkach mózgu muchy niosących dodatkowe trakty poliglutaminowe białek, odpowiedzialnych za liczną grupę chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Machado Josepha. Dzięki sprytnemu systemowi genetycznych enhancerów transkrypcji – zapożyczonemu dla much od drożdży, a zwanemu UAS/Gal4 – możemy badać te schorzenia w dowolnie wybranych sposób komórkach. Daje się bowiem uzyskać ekspresje pożądanych chorobotwórczych białek w sposób tkankowo specyficzny (określony UAS jest tkankowo specyficzny) i w określonym czasie (Gal4 najlepiej działa w 29˚C, a muszka rośnie na ogół w 25˚C – wszystko będzie więc funkcjonować, kiedy przeniesiemy ją do innego inkubatora, a więc na życzenie eksperymentatora).

W warunkach laboratoryjnych muszka może żyć całkiem spokojnie i wydać potomstwo nawet, gdy jest częściowo lub całkiem niewidoma. Jak każdy owad, ma oczy złożone z tysięcy komórek fasetkowych. Te komórki mają białka, które są partnerami badanych przez nas białek patologicznych. Jeśli zatem sklonujemy badany przez nas gen i podamy samicy muchy pod odpowiednim promotorem wrażliwym na obecność Gal4, a następnie skrzyżujemy ją z samcem, który niesie UAS/Gal4 aktywny wyłącznie w komórkach oczu i tylko podczas ich rozwoju, to potomstwo takiej pary – w stosownej proporcji, której musieliśmy się kiedyś na zajęciach z genetyki wyuczyć na pamięć i już zapomnieliśmy – będzie miało oczy o częściowo zdegenerowanych komórkach. Teraz trzeba „tylko” zmutować takie muchy i poszukać tej, u której „zdegenerowane” oczy znikną.

Tak właśnie można odwrócić szkodliwe dla komórek działanie badanego przez nas ludzkiego białka neurodegeneracyjnego – a że uszkodziliśmy właśnie oczy, to już zupełny detal – to jest właśnie działanie modelu. Dzięki niemu możemy odkryć kolejnego gracza w tym patologicznym rozdaniu.

A muchy stanowiące model dla choroby Alzheimera naprawdę zapominają na starość, jak latać. Sama widziałam.