2019. november: jegyzet, biofizika, fizika, biokémia, portré, egyetem, disszemináció, tudomány, genomika, orvostudomány, anyagtudomány, ipar 4.0, it, biológia, energiagazdálkodás, atomenergia, innováció, hulladékgazdálkodás, ipari automatizálás, közlekedés, környezetvédelem, szakképzés, kiállítás/konferencia, okostechnológia, megújuló energia, zöldkörnyezet, fenntarthatóság, egészségipar, mesterséges intelligencia
2019. november 5.

Szerzők:
Várady György
Szabó Edit
Sarkadi Balázs

Vörös­vér­sej­tek: a személyre szabott diagnosztika új segítői

Az emberi vörös­vérsejtek memb­ránja több száz fehérjét tartalmaz, amelyek vizsgálata, a kap­csolódó molekulá­ris genetikai analízis­sel együtt, számos betegségben új bio­markerek alkalma­zá­sá­nak a lehetőségét ígéri.


Az egy cseppnyi vérünk­ben jelen lévő néhány ezer fe­hérvérsejt DNS-éből ma már gyorsan és pontosan meg­határoz­hatjuk a teljes gén­állo­mányun­kat, felderít­het­­jük a kódoló szakaszok­ban rejlő öröklődő, ritka gén­hibá­kat, de meg­ismer­het­jük azt a több millió, a személyünkre vo­nat­­ko­zóan egyedi, kis méretű gén­válto­zatot (ún. poli­mor­fiz­must, hiányt vagy ismétlődést) is, amelyeknek szerepük lehet a betegségek kialakulásában, lefolyásá­ban vagy éppen kezel­hető­sé­gében.
Míg a fehérjéinket kódoló gének a teljes DNS-állo­má­nyunk­­nak (a genomunk­nak) csak néhány százalékát jelentik, a hatalmas tömegű többi DNS-szakasz nem az evolúció „szemete”, hanem szabályozó szereppel rendelkezik, így ezek a génválto­zatok éppen a nagy csoportokat érintő, többténye­zős betegségek fontos elemei.

A molekuláris genetikai kutatások, a ma már több tízezer ember teljes génállományát és a betegségek egyéni megjelenéseit össze­kapcsoló (genome-wide association, GWA) vizsgálatok ezen a téren a személyre szabott orvoslás gyors fejlődését ígérik. Kialakult azonban egy rés a gén­változa­tok feltérképe­zése, valamint a sejtjeink felépítését és működését valóban érintő elváltozások megismerése között. Emiatt alig ismerjük azokat a genetikai kapcsolatokat, amelyek a fehérjék és lipidek szintjének, működésének szabályozása révén valójában a betegsé­geket okozzák. Különösen hiányosak az ismereteink a sejtek membrán­jában elhelyezkedő fehérjék genetikai szabályozá­sáról, amelyek viszont mind a beteg­ségekben, mind a gyógy­szeres kezelésekben kulcs­fontosságúak.

Ezen a téren segíthet a vörös­vér­sejtek vizsgálata, hiszen a kevés fehér­vérsejt mellett, ugyanabban az (akár ujjbegy­szúrással is könnyen nyerhető) egy csepp vérben több száz millió vörös­vérsejt is jelen van. A vörös­vér­sejtek az oxigén és a szén-dioxid szállítására specializáló­dott sejtjeink, amelyek a vörös vérfesték fehérjét (a he­mo­glo­bint) és az anyag­cseréjükhöz szükséges enzimeket a sejtmembrán „zsákjában” tartalmazzák, míg minden más sejtalkotó­részt az érésük során eltávolítanak. A sejt­membrán az egyedüli membránjuk, így az 1950–80-as évekig a membrán­biológiai kutatások „bölcsőjét” ennek a membrán­nak a vizsgálata jelentette.

Egy ujjbegyszúrással is könnyen nyerhető egy csepp vérben több száz millió vörösvérsejt is jelen van.

Akkoriban azt gondoltuk, hogy ez a membrán csak néhány, a vörös­vérsejtre jellemző fehérjét tartalmaz. Ma már tudjuk, hogy ebben a biológiai membránokra általánosan jellemző szerkezetben több százféle (!) membrán­fehérje található meg, amelyek – elképzelésünk szerint – tükrözik a genetikailag meg­határozott emberi membránfehérjék számos jellemzőjét és a kifejeződésük szabályozását is. Ennek magyarázata az lehet, hogy a vörös­vérsej­tek a vérképző őssejtekből néhány nap alatt alakulnak ki, és igen gyors, aktív ki­lökési folyamattal szabadulnak meg minden belső sejtszervecs­kétől. Ugyanakkor, mintegy négy hónapos élet­tartamuk alatt megőrzik az érés során keletkezett membrán­fehérjék sokaságát, akár szükség van azokra, akár nincs. Ráadásul, a hosszú élettartam érdekében, az érésükkor megszabadulnak minden fehérjelebontó enzimtől is, így ez a membrán­fehérje-­állomány stabilan és állandóan jelen van. Kutató­csoportunk a membrán­fehérjék vizsgálatának ezt a feltételezett új arany­bányáját próbálja felhasználni a személyre szabott or­vosi diagnosztika és kezelések lehető­ségeinek kitágítására.

A 2012-ben elindított, és azóta nemzet­közi szinten elfogadott szabadalmi beadványunk lényege, hogy a könnyen, nagy számban kinyerhető vörös­vérsejtek membrán­jában célzott anti­testek se­gít­ségével meghatározzuk az egyes betegségekben fontos fehér­jék mennyiségét, majd össze­hasonlítjuk ezeket az egészséges embereknél, illetve az adott betegségben szenvedőknél mért szintekkel. A megtalált változásokat össze­kapcsoljuk célzott, az adott fe­hér­jére vonatkozó molekuláris genetikai analízissel. Az elmúlt évek­ben sok tekintetben bebizonyoso­dott elképzelésünk szerint a vörös­vér­sejt membrán­fehérjék genetikai vizs­gála­tokkal kombinálva bio­markerként szolgálhatnak nemcsak diagnosztikai célokra, de a gyógykezelés megtervezé­séhez is. Így olyan emberi szövetek (máj­sejtek, szívizom- vagy ideg­sejtek) membrán­fehérjéiről is fel­világosítást kaphatunk, amelyek eredeti környezetük­ben nem, vagy csak nehezen vizsgálhatók.

A membránbiológia aranybányája, a vörösvérsejtek membránja.

Természetesen mindez jelentős módszertani és széles körű vizsgálati feladatokat jelentett. A vörös­vérsejtek membránjának megfelelő átjárhatóvá tétele (permeabilizálása) és a fehérjék rögzítése (fixálása) után, specifikus antitestek segítségével áramlási citométerben végezzük a mennyiségi meghatározásokat. Nagy feladat a megfelelő antitestek kiválasztása, titrálása, validálása, a genetikai tesztek beállítása, értékelése. Igen sokat segített, hogy száznál több munkatársunkat is sikerült meggyőzni arról, hogy egy ujjbegy­tűszúrást eltűrve vérmintát adjon a kontroll­vizsgálatok­hoz. Először a már ismertebb vörös­vérsejt membrán­fehérjék mennyiségi analízisét végeztük el, és folyamatosan bővítve a palettát haladunk a kisebb mennyiségben jelen lévő, de a betegségek tekintetében akár fontosabb membrán­fehérjék vizsgálatához. A vörösvérsejt membrán­fehérjék új, megbízható adatbázisát Hegedűs Tamás és munka­társai fejlesztették ki, a molekuláris genetikai vizsgálatokban Orbán Tamás és munkatársai segítenek.

A vizsgálatainkkal megcélzott fő betegség­csoportok a sejt­anyag­csere zavaraihoz kapcsolódnak, tehát az Alzheimer-kór, a köszvény és a cukorbetegség kerültek a középpontba. Jelenleg minden vércseppből párhuza­mosan 15-20 membránfehérje, így a fő cukor-, koleszterin-, húgysav-, kalcium- és drog­transz­por­te­rek, vala­mint az in­zulin­receptor szintjét mérjük, és a megfigyelt változások genetikai hátterét vizsgáljuk. Az eredmények jelentős nem­zetközi folyóiratokban jelennek meg, és egyre szélesebb érdeklődést keltenek, míg a szabadalom gyakorlati hasznosítása fő­ként a komplex betegségek diagnosztikája terén indulhat el. A szerte­ágazó laboratóriumi munkákban jelenleg főként Zámbó Boglárka, Mózner Orsolya és Kulin Anna vesz részt, a koordiná­ciót Cserepes Judit végzi, míg a fehérjék szabályozását, sejten belüli mozgását Enyedi Ágnes, Homolya László és Bartos Zsuzsa vizsgálja. Kiváló klinikus partnereink az Alzheimer-­vizsgálatok­ban Janka Zoltán és Fehér Ágnes, a köszvényes betegek esetében Poór Gyula és Pálinkás Márton, a cukor­betegek vizsgálatá­nál Korányi László, Schwab Richárd és Somogyi Anikó. A munkát több NKFI/OTKA (K115375, K127961, K128011, K128123, K119223) egy VEKOP (2.1.1-15-2016-00117) egy FIKP-EMMI és egy FIEK (16-1-2016-0005) pályázat is támogatja.•

Fontosabb hivatkozások

Sarkadi B, Várady Gy; Kasza I.: Quantitative determination of bio­markers in the erythrocyte cell membrane EP 2839293 B1, Patent appl., 2012.

Kasza I, Várady G, Andrikovics H, Koszarska M, Tordai A, Scheffer GL, Németh A, Szakács G, Sarkadi B.: Expression levels of the ABCG2 multidrug transporter in human erythrocytes correspond to pharmacologically relevant genetic variations. PLoS One. 2012, PMID: 23166586.

Várady G, Szabó E, Fehér Á, Németh A, Zámbó B, Pákáski M, Janka Z, Sarkadi B.: Alterations of membrane protein expression in red blood cells of Alzheimer’s disease patients. Alzheimers Dement (Amst). 2015, PMID: 27239515.

Zámbó B, Várady G, Padányi R, Szabó E, Németh A, Langó T, Enyedi Á, Sarkadi B.: Decreased calcium pump expression in human erythrocytes is connected to a minor haplotype in the ATP2B4 gene. Cell Calcium. 2017, PMID: 28216081.

Zámbó B, Bartos Z, Mózner O, Szabó E, Várady G, Poór G, Pálinkás M, Andrikovics H, Hegedűs T, Homolya L, Sarkadi B.: Clinically relevant mutations in the ABCG2 transporter uncovered by genetic analysis linked to erythrocyte membrane protein expression. Sci Rep. 2018, PMID: 29749379.

 
2019. október – Közlekedésfejlesztési különszám

2019. október – Közlekedésfejlesztési különszám

Hírlevél feliratkozás

Innotéka