Główną funkcją mitochondriów jest produkcja energii chemicznej w postaci ATP. Dysfunkcyjne mitochondria nie produkują jej tyle, ile potrzeba. Taka dysfunkcja odgrywa ważną rolę w patogenezie wielu chorób, takich jak miażdżyca, cukrzyca, zespół metaboliczny, choroby neurodegeneracyjne, a nawet depresja - jest to wspólny mianownik wielu różnych schorzeń. Niestety wciąż nie wiadomo, czy uszkodzenia są przyczyną chorób, czy raczej ich skutkiem.

Na pytania o rolę dysfunkcji mitochondriów w chorobach cywilizacyjnych może odpowiedzieć proteomika, czyli nauka o białkach. Tą dziedziną wiedzy zajmuje się dr Aneta Stachowicz z Katedry Farmakologii Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego. W swojej pracy wykorzystuje ona metody spektrometrii mas. Poszukuje różnic w ekspresji białek w danym narządzie czy tkance, które występują na przykład u osoby zdrowej i chorej. Albo u pacjenta chorego i leczonego.

"Dzięki narzędziom proteomicznym chcemy poznać różnice w ekspresji białek w miażdżycy, stłuszczeniu wątroby czy też depresji. W zwierzęcych modelach tych chorób można zaobserwować zmniejszoną aktywność białek, które są odpowiedzialne w mitochondriach za produkcję energii. Pracujemy nad lekiem, który mógłby aktywować źle działające enzymy i usuwać z mitochondriów szkodliwe, toksyczne aldehydy, które tworzą się w wyniku stresu oksydacyjnego czyli nadmiaru produkcji wolnych rodników tlenowych" – tłumaczy dr Stachowicz.

Laureatka stypendium START Fundacji na rzecz Nauki Polskiej bada enzym mitochondrialny - dehydrogenazę aldehydową, który może pełnić funkcję ochronną w mitochondriach. To właśnie ten enzym usuwa toksyczne substancje, a tym samym może chronić i zapobiegać dysfunkcji centrów energetycznych w komórkach.

"Aktywowałam ten enzym metodami farmakologicznymi w zwierzęcych modelach chorób cywilizacyjnych. Okazało się, że podawanie leku myszom rozwijającym miażdżycę powoduje zahamowanie miażdżycy i stłuszczenia wątroby. Podobnie było w zwierzęcym modelu depresji - u szczurów stresowanych prenatalnie. Zaobserwowaliśmy, że aktywacja mitochondrialnego enzymu wykazała działanie przeciwlękowe i przeciwdepresyjne, co sprawdzono z pomocą różnych testów behawioralnych" – opowiada dr Stachowicz.

Mitochondrialna dehydrogenaza aldehydowa to enzym o tyle interesujący dla badaczy, że bierze również udział w metabolizmie alkoholu w organizmie (wraz z dehydrogenazą alkoholową). Dehydrogenaza alkoholowa utlenia etanol do toksycznego aldehydu octowego, a dehydrogenaza aldehydowa przekształca go w nieszkodliwy kwas. Właśnie dlatego aktywatory tego enzymu mogą mieć w przyszłości inne ważne zastosowanie – jako leki usuwające skutki zatrucia alkoholem.

Dr Stachowicz bada też substancje, które mogłyby przeciwdziałać dysfunkcji mitochondriów, a tym samym - zahamować proces zapalny. Tu również nie wiadomo jeszcze, czy dysfunkcja mitochondriów prowadzi do rozwoju procesu zapalnego, czy raczej jest jego skutkiem.

Mitochondria są związane z aktywacją inflamasomu NLRP3. Jest to duży białkowy kompleks prozapalny znajdujący się w komórce, który pełni ważną rolę w układzie immunologicznym. Jego funkcją jest produkcja prozapalnej i w konsekwencji aktywacja procesu zapalnego.

"Wiemy, że nadmierna aktywacja inflamasomu NLRP3 odgrywa ważną rolę w patogenezie wielu chorób cywilizacyjnych. Chciałabym zbadać substancje, które mogłyby zahamować aktywację inflamasomu oraz sprawdzić, jaka jest relacja między dysfunkcją mitochondriów a aktywacją inflamasomu NLRP3" – deklaruje rozmówczyni PAP.

Techniki proteomiczne pozwalają na ilościową ocenę ekspresji wszystkich białek, które znajdują się w danym narządzie - wątrobie, nerkach czy hipokampie u osoby zdrowej i chorej, u zwierząt lub na liniach komórkowych. W ten sposób można znaleźć inspirację dla kolejnych badań, które mogą mieć znaczenie w patogenezie chorób cywilizacyjnych.