Śmierć komórki nie zawsze musi być zła

Śmierć komórki może być procesem patologicznym, tak jak w przypadku stanów zapalnych, odmrożeń czy ran cukrzycowych, ale jest także naturalnie występującym zjawiskiem, zachodzącym codziennie w naszym organizmie. W przypadku dorosłego człowieka każdego dnia obumiera nawet 100 mld z nich. Ten proces następuje w momencie osiągnięcia przez komórkę określonej liczby podziałów. Każda z nich jest w stanie podzielić się średnio 50 razy, co nazywamy limitem Hayflicka. Po tym czasie komórki wkraczają w proces obumierania, który może nastąpić na kilkanaście różnych sposobów. Nie zawsze jednak tak się dzieje. Jeżeli nie zaczną obumierać, a kontynuują dzielenie się, stając się nieśmiertelnymi, może nastąpić rozwój choroby nowotworowej.

Czym jest ferroptoza?

Jednym z mechanizmów doprowadzających do śmierci komórki jest ferroptoza – proces silnie powiązany z żelazem, od którego pochodzi jego nazwa (łac. Ferrum – żelazo). Zjawisko ferroptozy jest odkrytym niedawno, bo w 2012 r., typem śmierci komórki. Odgrywa ono istotną rolę w leczeniu nowotworów i może przyczyniać się do degradacji tkanki w urazie mózgu, chorobach nerek i astmie. Śmierć komórki w wyniku ferroptozy następuje poprzez zahamowanie działania enzymu zwanego peroksydazą glutationową czwartą (GPX-4) za sprawą podwyższonego poziomu żelaza w komórce. Enzym ten odpowiedzialny jest za usuwanie wolnych rodników (tzw. rodników kwasów tłuszczowych), jednak podczas zjawiska ferroptozy jego aktywność spada. Lipooksygenazy – białka zawierające centrum katalityczne z jonem żelaza – dodają do łańcucha uwolnionych z błony lipidów grupę OOH (L-OOH, gdzie L to lipid). Powoduje to ureaktywnienie się lipidu i niekontrolowaną reakcję kaskadową w momencie zetknięcia się ze „zwykłym” lipidem (L -> L-OOH). Jeśli nie ma białka GPX-4, które jako jedyne zamienia toksyczny rodnik kwasów tłuszczowych (czyli lipid z grupą OOH, L-OOH) w nietoksyczną formę (L-OH), następuje proces ferroptozy. W wyniku zbyt dużej liczby toksycznych rodników kwasów tłuszczowych (L-OOH) dochodzi do trwałego uszkodzenia błony, które nie pozwala funkcjonować komórce we właściwy sposób.

To zjawisko jest wykorzystywane przez naukowców poszukujących lekarstwa na raka, a wyniki wstępnych badań prowadzonych w tym zakresie pokazują, że leki wywołujące ferroptozę są w stanie zatrzymać procesy doprowadzające do powstawania komórek rakowych. Jednocześnie trwają jednak badania nad sposobami zahamowaniatego typu śmierci komórki, ponieważ może on mieć wpływ na rozwój innych jednostek chorobowych. Występowanie ferroptozy stwierdzono przy chorobach Parkinsona, Alzheimera i innych neurodegeneracyjnych, a ostatnio donosi się także o jej powiązaniu z COVID-19. W przypadku schorzeń neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Huntingotna, w komórkach nerwowych zauważa się zwiększony poziom żelaza, co pozwala przypuszczać, iż zjawisko ferroptozy może być powodem obumierania neuronów.

Zatrzymać śmierć komórki

To właśnie ta grupa białek produkujących wolne rodniki kwasów tłuszczowych i doprowadzających do śmierci komórki jest obiektem badań dr Karoliny Mikulskiej-Rumińskiej, stypendystki 21. edycji programu L’Oréal-UNESCO Dla Kobiet i Nauki w kategorii habilitanckiej. Dzięki nowatorskiemu wykorzystaniu metod komputerowych, dr Karolina Mikulska-Rumińska wniosła istotny wkład w zrozumienie procesu śmierci komórki w wyniku ferroptozy. Poprzez swoje badania pokazała, gdzie znajdują się wejścia/wyjścia prowadzące do miejsca, w którym tworzone są rodniki kwasów tłuszczowych w lipooksygenazach oraz które elementy tych białek są kluczowe dla powstawania tych toksycznych produktów. W swoich badaniach wykazała, że do rozpoczęcia produkcji rodników kwasów tłuszczowych niezbędne jest połączenie lipooksygenazy z białkiem PEBP1. Pokazała także, w jaki sposób proces ferroptozy może zostać zahamowany przez inhibitor-ferrostatynę-1, białko fosfolipazę iPLA2β czy tlenek azotu (NO). Są to bardzo znaczące odkrycia, które zostały opublikowane w prestiżowych czasopismach naukowych, m.in. „Cell” czy „Nature Chemical Biology”.

– Mechanizmy zachodzące podczas śmierci komórki w wyniku ferroptozy nadal nie są do końca znane, stanowiąc tajemnicę dla wielu badaczy. Ich poznanie jest kluczowe dla zidentyfikowania nowych rozwiązań, które w efekcie mogą doprowadzić do leczenia chorób nowotworowych bądź neurodegeneracyjnych – podsumowuje dr Karolina Mikulska-Rumińska. Głównym celem jej badań jest poznanie podstaw molekularnych towarzyszących procesowi ferroptozy, co ma na celu zidentyfikowanie nowych leków/inhibitorów, które zahamowałyby ten proces i pozwoliły na wprowadzenie nowych metod interwencji, m.in. w astmie.

O stypendystce

Dr Karolina Mikulska-Rumińska jest absolwentką fizyki medycznej na Uniwersytecie Mikołaja Kopernika w Toruniu, z tytułem doktora biofizyki. Odbyła dwa międzynarodowe staże naukowe, w tym w ramach stypendium Sciex-NMSch na École Polytechnique Fédérale de Lausanne w Szwajcarii, a także staż podoktorski w School of Medicine na Uniwersytecie w Pittsburghu (USA). Brała udział w ponad 10 grantach (m.in. NCN, MNiSW, NIH), w tym w ośmiu jako kierownik/beneficjent. Uzyskała granty Narodowego Centrum Nauki PRELUDIUM3 oraz SONATA15 i grant AstroChem (Centrum Doskonałości). Odbyła również staż naukowy w polskiej firmie farmaceutycznej Adamed Pharma oraz była odpowiedzialna za zarządzanie blokiem komputerowym grantu uzyskanego od firmy farmaceutycznej Shire (USA). Dr Karolina Mikulska-Rumińska jest beneficjentką ponad 10 stypendiów (m.in. Stypendium Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego dla doktorantów, Stypendium Marszałka, Nagrody Naukowej Rektora UMK). Ostatnie 6 lat poświęciła na intensywne badanie procesu ferroptozy występującego m.in. w chorobach Parkinsona, nowotworach, astmie oraz sepsie. Jest także polską kandydatką do międzynarodowej nagrody L'Oréal-UNESCO International Rising Talents, przyznawanej obiecującym kobietom nauki, które rozwijając swój potencjał i kontynuując badania, mają szansę zmienić świat.