Hírek

Egyéb hírek - 2017. december 4, hétfő

Az idei orvos-élettani Nobel-díj pécsi vonatkozásai

A napi ritmusú biológiai órát szabályozó molekuláris mechanizmus kutatásáért kapja az idei orvosi-élettani Nobel-díjat három amerikai genetikus. A díj óriási elismerése a karunk Anatómiai Intézetében ugyancsak vizsgált kis tudományterületnek. Sokáig „megmosolygott bohóckodásnak” tűnt a napi ritmusokkal foglalkozni, egészen addig, amíg a most kitüntetett genetikusok az 1980-as években fel nem fedezték az ún. óragéneket. A Nobel-díj nem az óragéneknek szól elsőrendűen, hanem a szakterület egészének, az azóta elérhetővé vált kutatási innovációknak, amikkel a ritmusos működést ma már molekuláris szinten lehet vizsgálni élő sejteken, szöveteken és szervekben. Ezen innovációk legmodernebb változataiból fejlesztett néhányat Cambridge-ben Dr. Nagy András Dávid, az Anatómiai Intézet egyetemi adjunktusa, éppen azokkal a kutatókkal, akiknek sikerült 2011-ben az egyik díjazott, Michael Rosbash óragén-paradigmáját új megvilágításba helyezni. A világ második legjobb egyetemén szerzett tapasztalatairól, a Nobel-díjhoz is kötődő felfedezéseiről beszélgettünk.

 

Schweier Rita írása

 

-Mennyire lepte meg a Nobel-díj híre?

-Bevallom, meglepődtem, mert nem gondoltam, hogy ez a pici, de izgalmas tudományterület lehet olyan hatással a világ tudományára, amit Nobel-díjjal ismernek el. Nemcsak én vélekedem így, hanem együttműködő kollégáim is.

Az 1980-as években történt az a kutatás, amit most díjaztak. Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash és Michael W. Young a már régóta ismert cirkadián (cirka 24 órás) ritmusok genetikai értelemben kézzel fogható molekuláris működési alapelvét írták le elsőként. A Nobel-díjas kutatók az ún. óragéneket muslicában azonosították és vizsgálták. Ez az élőlény elég egyszerű volt ahhoz, hogy viszonylag bonyolult viselkedési mintázatokat molekulaszinten is meg lehessen érteni általa. További tíz évet kellett várni, hogy ugyanilyen molekuláris óramechanizmusokat emlősökben is felfedezzenek. Amikor az 1990-es évek közepén laboratóriumi egerek óragénjeit is leírták - amiknek sokkal nagyobb genetikai kódazonossága van az emberével, mint a muslicának – akkor következett be a robbanás ezen a kicsi tudományterületen. Az addig főleg hormonális vagy idegi ritmusos folyamatokat vizsgáló kutatócsoportok a genetikusok által felfedezett és kifejlesztett új molekuláris eszközökkel és módszerekkel élvonalbeli közleményeket közölhettek rendszeresen a Science, a Nature és a Cell folyóiratokban. Mára már ezek a felfedezések a sejtélettani alapkutatásoktól a kórélettani és viselkedési állatkísérletes munkákon át a klinikai tanulmányokra is hatással vannak. A magas vérnyomás vagy a cukorbetegség tekintetében például már a nagy létszámú randomizált klinikai vizsgálatok is bizonyítják, hogy alapvetően számít, a nap mely időszakában mért élettani paramétereket vesszük terápiás célba. Magas vérnyomás esetén például fontos konklúzió, hogy elsősorban az éjszakai értékeket javasolt a megfelelő szintre beállítani. A cukorbetegségnél pedig a reggeli, éhgyomri vércukorszintek sikeres beállításának van a legnagyobb hatása a nap további részében mérhető szintek alakulására.

-Mely tényezők, miként boríthatják fel a napi ritmusunkat?

-A napi ritmust egy jelenségként foghatjuk fel, ami nagyon sok élettani folyamatra jellemző, attól függően, mekkora az eltérés a napi minimum és maximum között. A vérnyomás tekintetében viszonylag kicsi a különbség a nappali és az éjszakai értékek között, ugyanakkor ez a parányi eltérés is óriási hatással van az életminőségre, a hosszú távú betegségek lefolyására. A belső ritmusunk egy viszonylag stabil rendszer. Egy hétvégi buli, vagy az őszi-tavaszi óraátállítás még nem okoz jelentős változást ebben, hisz az egészséges szervezet egy-két napon belül tudja kompenzálni az egyszeri “kilengést”. Azonban ha repülővel utazunk több időzónán át, akkor ez a változás napokig kellemetlen panaszokat okozhat, mert a meghatározó ingerek, amilyen a fény, a táplálkozás, a testmozgás, az alvás, valamint a szociális interakciókkal járó stresszhatások megszokott időpontjainak módosulása egy új menetrendet kényszerít a szervezetünkre. Ez a kényszer a sejtszintű folyamatok, és a viselkedési, idegi, hormonális szabályozás között átmeneti, ámde jelentős zavart okoz. Az ilyenkor tapasztalható tünetegyüttes (jet lag) súlyossága nagy egyéni változatosságot mutat. Négy-öt hasonló nap mindenképpen szükséges, amíg a ritmusunk beáll egy új, egészséges rendre.

A váltott műszakban dolgozóknál ennél is nagyobb probléma az életvitelszerű folyamatos alkalmazkodás kényszere, hiszen minden másnap, vagy harmadnap egy lényegesen eltérő, új mintázatot kell követnie a szervezetnek. Ez jelentős tehertétel hosszú távon a sejtszintű folyamatok (például DNS-hibajavítás, reaktív anyagcseretermékek eltávolítása), és a szervezet szintű szabályozási folyamatok (pl. stressz és anyagcsere folyamatok idegi-hormonális szabályozása) tekintetében is. Nem véletlen, hogy ebben a csoportban lényegesen gyakoribb az elhízás, a cukorprobléma, a rák, valamint a mentális betegségek kialakulása is. Ha a napi ritmus folyamatosan, életvitelszerűen szabálytalan, az komoly társadalmi terhet is jelenthet, a váltott műszakban dolgozókéhoz hasonló egészségügyi problémák kialakulása miatt.

-Önök milyen jellegű kísérleteket folytattak ezzel kapcsolatosan Cambridge-ben?

-Kísérletes körülmények között, mikroszkóp alatt vizsgáltunk sejteket, amikben az óragének és más molekuláris mechanizmusok napi ritmusban működnek. Azokat a molekuláris eszközöket is felhasználtuk ehhez, amiket az 1990-es években fejlesztettek ki a Nobel-díjas kutatók munkái alapján. Az élő sejtekben jól megfigyelhető volt, hogy ezek a gének mikor kapcsolnak be, és az általuk kódolt fehérjék mikor bomlanak le naponta. A génműködés intenzitása és a termelt fehérjék mennyiségi változásai egy közel 24 órás periódusú sinus-görbe formájában voltak vizualizálhatóak az élő sejtekben, azaz valós időben tudtuk monitorozni a molekuláris eseményeket. Bizonyos manipulációk hatására ezek a ritmusos jelenségek megváltoztak, késleltetni, vagy épp siettetni lehetett őket. Célunk, hogy olyan új molekuláris szintű beavatkozási lehetőségeket találjunk, amelyeket hosszú távon alkalmazva hatással lehetünk a fent említett egészségügyi problémák kialakulására, lefolyására és kezelésére.

-Léteznek olyan készítmények, amelyek segíthetnek a napi ritmus visszaállításában?

-Ha kémiai vegyületekben gondolkodunk, akkor először olyanokat keresünk, amilyeneket a szervezetünk is használ ugyanerre a célra. A mellékvesében termelt, stresszhormonként is ismert kortizol mennyiségének napi ritmusú mintázata alapvetően szükséges a megfelelő életminőséghez. Az egészségesekhez képest azoknak a betegeknek vannak lényegesen rosszabb életkilátásaik, akiknek napi háromszor tabletta formájában kell pótolni ezt a hormont a mellékvese működési zavara miatt. A különbség oka, hogy a hormonpótlás ilyen formájánál nem biztos, hogy sikerül az egészségesekéhez hasonló napi ritmusú dinamikus mintázatot lekövetni. Hormonadagoló pumpa használatával azonban éppen annyi hormont lehet bevinni a keringésbe, amennyi szükséges, és akkor, amikor kell. Az elérhető klinikai tanulmányok szerint ezzel a módszerrel jelentősen javítható az életminőség.

A másik ilyen saját vegyület az alváshormon, a melatonin. A szervezet ezt a hormont is felhasználja arra, hogy a vérkeringés útján jelezze a sejteknek, mennyi az idő. A melatonin azonban csak éjszaka, a sötétben termelődik. Ha valaki melatonin készítményt használ a megfelelő időpontban, az a belső óráját hamarabb át tudja állítani az új időzónában tapasztalható ritmushoz. Tőlünk nyugatabbra ennek elterjedt már a használata. Az Egyesült Királyságban jó néhány olyan kutatás van, amelyek során az idősek napi ritmusainak a szinkronizálására ezt használják. Az idősekben gyakoribb szürkehályog betegségben ugyanis a fénynek az a bizonyos spektruma szűrődik ki, ami épp azokra az érzékelősejtekre hatna, amik a cirkadián ritmust irányítják. Ez az egyik oka, miért olyan gyakoriak az alvásproblémák az időseknél. A vakoknál is hasonló a helyzet, hisz a fényről nincs információjuk.

-Meséljen arról a speciális vizsgálati módszerről, amivel az élő sejtek működéséhez közelebb kerültek.

-Egy cambridge-i kollégám támogatásával írtam meg és nyertem el azt az Európai Uniós, magas presztízsű ösztöndíj pályázatot (Marie Curie Intra-European Fellowship), ami egy kutatási elképzelésem kapcsán biztosított lehetőséget a világ második legjobb egyetemén élvonalbeli eszközökkel dolgozni. Ennek az volt a lényege, hogy megfigyeltük a sejtek osztódását - amik bizonyos körülmények között a daganatos sejtekhez hasonlóan viselkedtek - és azt vizsgáltuk, tudunk-e olyan beavatkozásokat végezni, amelyek a molekuláris szintű napi ritmusukat megváltoztatják, és halálos hatással vannak a rákosan elfajult sejtekre, ugyanakkor az egészségeseket nem bántják. Úgy szerettük volna felhasználni a cirkadián ritmusból eddig felhalmozódott tudást, hogy az a ma onkológiai kérdéseire egy új megközelítést adjon. Egy új intervencióban gondolkodtunk tehát, ami sikeres lehet.

-Meddig jutottak el a vizsgálatokban?

-Ennek a projektnek a kísérletes fázisa lezárult azzal, hogy hazajöttem. Augusztusig tartott az ösztöndíj, de dr. Miseta Attila dékán úr és dr. Reglődi Dóra professzor asszony intézetvezetői támogatásával sikerült pár hónappal megtoldani a kintlétet. A kísérletes megközelítés volt nagyon érdekes, hiszen élő sejteket monitoroztunk mikroszkóp alatt egy olyan eljárásban, amelyben a sejtciklust szabályozó molekulák működését láthattuk. Modern biotechnológiai programozással készítettem egy olyan platformot, ami az összes vizsgált sejtben automatikusan meg tudja mérni minden időpontban az adott molekula mennyiségét. Korábban ez úgy történt, hogy a kutatók kiválasztottak többszáz sejtet, amiket egyenként mértek. A mi esetünkben ez a megközelítés évtizedekig tartott volna, mert a sejtek a mikroszkóp látóterében mozogtak és osztódtak is, amit térben és időben követni is kellett. Ehhez az új kihíváshoz új típusú megközelítési módra volt szükség. Az volt a legnagyobb eredménye a munkánknak, hogy összeraktuk a már meglévő rész-informatikai eszközöket, és elértük azt, hogy többezer sejtet tudtunk egyszerre vizsgálni úgy, hogy egy adott molekulának a mennyiségét is pontosan meg tudtuk mérni egy sejtben folyamatosan, akár öt napon át. Magát a módszert én dolgoztam ki, aminek eredményeképp mikroszkóp alatt megtekinthetőek lettek ezek a sejtfolyamatok valós időben, a cirkadián ritmussal összefüggésben. Látványos videókat is tudtunk erről készíteni. Nem kell hozzá különösebb szakértelem sem, hogy a színváltozás alapján az ember lássa az egyes molekulák működésében bekövetkező változásokat a mozgó és osztódó sejtekben is. Az is megfigyelhető, ahogyan egy sejt felbomlik és elpusztul, megáll az osztódási ciklusban, vagy épp gyorsabban kezd osztódni.

Gyors siker született a módszer éles bevetéséből, amikor az egyik kollégám egy egészen más típusú kutatásához kért tőlem segítséget. Ő azt vizsgálta, hogy a cirkadián ritmus befolyással bírhat-e arra, mikor, milyen mértékben kapjuk el a vírusfertőzéseket. Azt tudtuk, hogy a sejtszintű cirkadián óra sok gén működését befolyásolja, többek között azokat, amik a sejt szaporodásához, az örökítő anyag karbantartásához szükségesek. Éppen azokról a folyamatokról van szó, amiket a vírusok ahhoz használnak, hogy megsokszorozzák magukat és terjedhessenek. Innen jött az ötlet, hogy ha ezeknek a fehérjéknek a működése napi ritmust mutat, és éppen olyan időpontban kapjuk el a betegséget, amikor ezek a folyamatok nem aktívak, akkor lehetséges, hogy nem is lesz belőle betegség. Ezt a kísérletet el is végezték a kollégáim egerekben, majd sejtszinten is, és ez alapján kiderült, hogy majdnem tízszeres a különbség a vírusok szaporodási és terjedési sebességében (influenzavírus, herpeszvírus), ha a 24 órás ciklus két, egymástól 12 órával eltérő pontjában történt ugyanaz a vírusdózisú fertőzés.

-Azaz mikor ne fogjuk meg a kilincset, inkább délelőtt, vagy délután?

-/nevet – a szerk./ A kísérlet tapasztalatai nyomán a délutáni és az esti időpontok a veszélyesebbek az emberre nézve. Bár a kísérlet célja nem ez volt kimondottan, de van ilyen jellegű gyakorlati vonatkozása is. A sejtszintű vizsgálatok ellenőrzése során merült fel a kérdés, hogy amit a sejtek szintjén látunk, az a ritmus csak melléktermék-e, és csak azért van-e, mert a sejtek mesterséges körülmények között szaporodnak. Felmerült, hogy a sejt osztódása, és az örökítő anyag kétfelé válása már önmagában elindít egy olyan folyamatot, ami különbséget jelent a vírus számára, azaz  nem a cirkadián ritmus generálja a kapott eredményt, hanem a sejt saját osztódási ciklusa. Tisztáznunk kellett tehát, hogy a sejtciklusnak van-e köze a cirkadián ritmus hatásának vélt különbséghez. Mivel az általam fejlesztett módszerrel láthatóvá vált a mikroszkóp alatt a sejtosztódás és a cirkadián óra működése is, ezért hat hét alatt sikerült bizonyítanunk, hogy a két folyamatnak nincs köze egymáshoz a vizsgált kísérletekben. Amikor beküldtük ezt a videót ahhoz az újsághoz, ahol ez a kérdés felmerült (az amerikai tudományos akadémia szaklapja, a PNAS), egyből elfogadták a bizonyításunkat.

-Az idei Nobel-díjhoz tehát több kutatócsoport is hozzájárult.

-Valóban, és úgy is éljük meg, mintha mi is Nobel-díjat kaptunk volna. Tudtuk, hogy ennek a szakterületnek nagy jelentősége van, hiszen szinte az összes élettani folyamatunkban van napi ritmus, aminek megbomlása hatással van a különböző megbetegedések kialakulására. Most következik az a fázis, ami azt célozza, hogy még szélesebb körben tudjuk ennek molekuláris összefüggéseit vizsgálni, és ily módon a terápiára is célzottan befolyással lenni. Messze vagyunk még attól, hogy a háziorvosi rendelőben a beteg a saját ritmusával kapcsolatban szakszerű tanácsadást kapjon, vagy egy kórházban a ritmust egyszerűen és megbízhatóan vizsgálják, és helyreállítsák a jelenlegi terápiás eszközöknél lényegesen jobb eredmények eléréséhez, de a hosszú távú célja a kutatásnak nyilvánvalóan ez. Már most is vannak a gyakorlatban sikeres alkalmazások, ahol feleannyi dózisú gyógyszert kevesebb mellékhatással, de ugyanolyan terápiás eredményességgel lehet alkalmazni, ha a megfelelő időben adják be.

-Mégis mit gondol, mennyi idő szükséges a teljesebb körű gyakorlati alkalmazáshoz?

-Az ízületi gyulladásos betegségnél már ma is léteznek olyan szteroid készítmények, amelyeknek a felszívódási profilja hasonlít a kortizol-szint napi ritmusához. A vérzsírcsökkentő gyógyszerek esetében is jelen időben vagyunk. Ezeket a készítményeket este kell bevenni, mivel tudjuk, hogy a májgyógyszer metabolizáló képessége, és a zsíranyagcsere szempontjából is ez az optimális időpont. Ezek ma már a mindennapi orvoslásban is alkalmazott elvek, bár ez még csak a kezdet.

Cambridge-ben valójában több alapkérdésre is kerestük a választ, például arra, hogy ez a ritmusos működés csak az óragénekre korlátozódik-e - azaz azokra a génekre, amiket harminc évvel ezelőtt a Nobel-díjasok fölfedeztek -, vagy pedig egy szélesebb körben előforduló jelenségről van szó. A cambridge-i kollégáim 2011-ben közölték azt a cikket, ami arról szólt, hogy a vörösvérsejtekben tudtak mérni olyan ritmusokat, amelyek a szabadgyök-képződéssel kapcsolatosak, holott a vörösvérsejtekben nincsenek működő gének, nincs sejtmag - erről a ritmuskeltő mechanizmusról tehát nem is tudtunk korábban. Ez alapján ha az oxigén szabadgyökök sejtszintű szabályozását, az ebben történő ritmusos folyamatokat jobban megértjük, lehet, hogy sokkal használhatóbb molekuláris eszközökhöz jutunk, mint az óragének esetében. Az óragénekkel ugyanis az a probléma, hogy az élővilág különböző törzsei között ezek nem teljesen hasonlóak egymáshoz, és emiatt nehézségbe ütközik a célzott gyógyszerfejlesztés is. Ráadásul az óragének a szervezetünkön belül a különböző sejtjeinkben is egészen másként működnek. Egy darab csodakapszula tehát ma még nem létezik, hogy a napi ritmusunkat tökéletesen beállíthassuk, és ezáltal mondjuk a rák kockázatát csökkenteni tudjuk. Ezért sokkal inkább azt érdemes vizsgálnunk, hogy életmódbéli tényezőinkkel milyen befolyással lehetünk a napi ritmusunkra - a táplálkozás időzítését és összetételét, a testmozgás időzítését, minőségét, vagy az alvási és stresszkezelési szokásainkat tekintve.

Ezekkel összefüggésben az elmúlt öt évben már megjelentek sokkoló tanulmányok. Az egyik ilyen arról szólt, hogy a kísérleti állatok egyik csoportja számára a táplálékot csak a nappali időszak első fázisában tették elérhetővé, míg a másik csoport akkor ehetett, amikor csak akart, ugyanazon napi kalóriatartalom, és táplálékminőség mellett. A két csapat között óriási különbséget tapasztaltak a túlélésben, és a betegségek kialakulásának százalékos arányában is. Azok voltak egészségesebbek, akiknek a táplálkozáshoz való hozzáférése időben korlátozott volt. Hasonló kísérletet végeztek magas zsírtartalmú diéta mellett is. A kontrollcsoport normál diétát kapott, amit bármikor elérhetett, míg a kísérleti csoport magas zsírtartalmú, egészségtelen táplálékot, amit csak az aktív periódus bizonyos részében vehetett magához. Érdekes módon még így is az utóbbi állatok voltak egészségesebbek azoknál, akik ugyan egészségesebben táplálkoztak, de össze-vissza. Ez azt sugallja, hogy ha az élettani folyamatok ritmusos szabályozásához a viselkedés oldaláról közelítünk, akkor szokásaink kis módosításával, megfelelő időzítésével óriási változásokat érhetünk el egészségi állapotunkkal kapcsolatos egyéni erőfeszítéseinkben. Könnyen belátható, hogy ennek széles körű kísérletes, molekuláris adatokkal való alátámasztása a jelen élvonalbéli kutatókat is izgalomban tartja.

-Folytatódhatnak az ilyen irányú kutatások Pécsett is?

-Nagyon komoly múltja van ezeknek a vizsgálatoknak Pécsett. Az 1960-as években dr. Halász Béla anatómus professzor volt ezeknek az elindítója. A világon ő kísérletezett először azzal, hogy az agynak egy olyan részét sértette meg, ami hatással volt a kísérleti állatok napi ritmusának felborulására. Általa lehetett tudni azt, hogy a hipotalamusz elülső részén van valami, ami szabályozza a napi ritmusokat. Az ő munkáját idézték azok az amerikai kutatók, akik 1972-ben pontosan azonosították a hipotalamusz óraműködésért felelős idegsejtjeit a suprachiasmaticus magban (idézettsége 5600, évente 400 új hivatkozás az elmúlt 5 évben). Anatómiai értelemben a cirkadián ritmus kutatását ekkortól datáljuk. Az élettani folyamatokat tekintve, és az egész biológiában is ilyen jellegű vizsgálatokat már évszázadok óta végeztek, hisz sokakat érdekelt az, mely folyamatokat tudunk megjósolni az életünkben, és miként tudjuk ezeket befolyásolni.

A pécsi kutatások aztán dr. Mess Béla professzor révén vettek egy konkrét irányt - ő a melatonin hormon termelésével kapcsolatos tobozmirigy vizsgálatára iskolát is létrehozott. Neve szerepel az Európai Ritmuskutató Társaság alapítói között is, és valójában a cambridge-i kutatócsoport is ennek az európai együttműködésnek a leszármazottja.

Csernus Valér professzor mellett medikus koromban én is végeztem vizsgálatokat a tobozmiriggyel kapcsolatban az óragének irányában az 1990-es években, amikor ezek még egyáltalán nem voltak ismertek abban a modellrendszerben, amivel itthon hagyományosan dolgoztunk. Nemzetközi szinten is elismerték az eredményeinket, és a 2000-es évektől már a klinikusok is nyitottá váltak a ritmuskutatásra. Egyre több olyan kutatást sikerült végezni, aminek gyógyászati jelentősége is volt, ezért a PhD-fokozat megszerzése után teljességgel efelé mozdultam. Kialakult egy együttműködés a Bőrklinika munkatársaival a melanóma kapcsán, és 2012-ben Japánba is sikerült egy ösztöndíjat elnyerni, ahol a szezonális depresszió és az óragének kapcsolatát vizsgáltuk állatkísérletes modellben. Ezt követte Cambridge, ahol célzottan a ráksejtekben figyeltük az óragének, és az azoktól független molekuláris óramechanizmusok működését. A folytatás attól is függ, hogy mennyire sikerül megszerettetnem a pécsi kollégákkal a Cambridge-ben kifejlesztett új molekuláris innovációt, ami a jövő felé mutat. A legjobb nyugati laborok is csak most kezdik ezirányban felvenni velünk a ritmust.

Az itthoni légkör is befogadó, kíváncsi, de egyben egészségesen szkeptikus és kritikus is. Itthon sokkal fontosabb, hogy - a szűkös források és az oktatási túlterheltség miatt - két lábbal álljunk a valóság talaján. Az Anatómiai Intézetben szerencsés a helyzet, hisz dr. Reglődi Dóra professzor asszony dinamikus és befogadó vezetési stílusával hatékonyan tudjuk integrálni jól bevált oktatási hagyományainkat a külföldi tapasztalatokkal, az Európai Unió jogkörnyezetébe illeszkedő megoldásokkal.

Hírarchívum