Lustrzane odbicia komórek nie są identyczne. Nowe badania przybliżają do odpowiedzi na pytanie, dlaczego

Zjawisko określane jako chiralność to fundamentalna cecha organizmów żywych, która polega na braku symetrii lustrzanej. Odbity obraz komórki nigdy nie jest wierną kopią – w praktyce nie da się nałożyć komórki na jej lustrzane odbicie. Obserwuje się ją powszechnie od budowy ciał, przez poszczególne organy, aż po organizację poszczególnych komórek. Bez niej życie, które znamy i procesy biologiczne nie byłyby możliwe.

Jaki jest kierunek

Organizmy żywe mają zwykle prawoskrętną helisę DNA, a aminokwasy występują w formie lewoskrętnej. Nie ma powodu (lub wciąż go nie znamy), dla którego akurat te kierunki zostały wybrane w toku ewolucji. W teorii można sobie oczywiście wyobrazić, że niektóre cząsteczki tworzące komórki są skręcone w przeciwnym kierunku. Nasze serca znajdowałyby się wtedy prawdopodobnie po prawej stronie ciała, a nie lewej – podobnie jak w odwróceniu trzewi, rzadkim wrodzonym zaburzeniu, w którym narządy klatki piersiowej i jamy brzusznej są ułożone w lustrzanym odbiciu w stosunku do prawidłowej anatomii. Wynika to z faktu, że jedną z możliwych przyczyn lokalizacji naszych narządów jest właśnie chiralności komórek.

Pomimo dekad badań, ten mechanizm wciąż nie jest do końca zrozumiały. „My zainteresowaliśmy się tym, w jaki sposób chiralność na poziomie tkankowym wynika z chiralności poszczególnych komórek i w jaki sposób chiralność poszczególnych komórek wynika z chiralności na poziomie molekularnym” – mówi jeden z autorów pracy, prof. Tatsuo Shibata z RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research.

Zespół badaczy umieścił pojedyncze komórki na szklanym podłożu pokrytym substancją umożliwiającą im rozprzestrzenianie się. Zastosował też zaawansowane metody pomiaru mikroskopowego. Okazało się, że wnętrze komórek i otaczająca je cytoplazma obracają się zgodnie z ruchem wskazówek zegara.

Aby potwierdzić, że obraca się również zewnętrzna powłoka komórki, naukowcy przyczepili do jej powierzchni mikrokulki o średnicy 2 μm. To pozwoliło stwierdzić, że błona komórki również porusza się zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Podobnie jak wnętrze komórki. Do tego sam ruch obrotowy był napędzany przez tzw. aktomiozyny (białka, które umożliwiają komórkom ruch), które tworzą cytoszkielet odpowiadający za kształt komórki. Średnia prędkość ruchu obrotowego jądra komórkowego wynosiła ok. 50 stopni na godzinę, a ruch utrzymywał się przez ponad 8 godzin, aż do momentu podziału komórki. Kierunek nie jest losowy – nie natrafiono na komórki, które kręciłyby się w przeciwnym kierunku.

Skąd się bierze ruch

Najważniejszym dokonaniem japońskich naukowców jest opisanie, w jaki sposób komórka generuje ruch obrotowy. W uproszczeniu: aktomiozyna, w skali całej komórki nie posiada cech chiralności. Jej poszczególne elementy mogą jednak wytwarzać ruch prawoskrętny, który zapewnia obrót w jednym kierunku. To ważny krok na drodze do udowodnienia tego, że chiralność tkanek i organów wywodzi się bezpośrednio z budowy pojedynczych komórek.

Temat wymaga oczywiście dalszych badań. Jak zaznacza redaktor naukowy pracy, zjawisko pozostaje „w dużej mierze niezbadane”. „Nasze odkrycia dostarczają nowych informacji na temat tego, w jaki sposób chiralność molekularna powoduje chiralność komórkową. Stanowią ważny krok w kierunku zrozumienia powstania asymetrii lewo-prawej w tkankach i narządach” – mówi zaś prof. Shibata. Zdaniem jego zespołu wyniki wypełniają kluczową lukę w łańcuchu łączącym cząsteczki z organami i ciałami.

Ma to swoje konsekwencje praktyczne. Chiralność ma również kluczowe znaczenie w medycynie. Przykładem jest talidomid – lek, który na przełomie lat 50. i 60. XX w. doprowadził do narodzin ponad 10 tys. dzieci z ciężkimi wadami rozwojowymi jak wady kończyn, narządów wewnętrznych, wzroku i słuchu czy uszkodzenia układu nerwowego. Specyfik występuje w dwóch wersjach: R-talidomidu i S-talidomidu. Prawoskrętna działała uspokajająco, za tragiczne w skutkach deformacje płodów odpowiedzialna okazała się lewoskrętna. Problem polegał na tym, że w tamtym okresie naukowcy nie potrafili rozdzielić tych form i lek był sprzedawany jako mieszanina. Lek został na jakiś czas wycofany z użytku, dziś stosuje się go w terapii szpiczaka mnogiego. Jest jednak ważne zastrzeżenie: kobiety w ciąży lub planujące potomstwo nie powinny go stosować.