Cholesterol o niskiej gęstości, znany jako LDL lub „zły cholesterol”, od dawna uchodzi za jeden z głównych czynników ryzyka chorób serca. Te mikroskopijne cząstki stanowią wyzwanie dla naukowców przez swoją złożoność, co utrudniało pełne zrozumienie ich działania. Jednak dzięki nowatorskim badaniom naukowcy po raz pierwszy dokonali przełomowego odkrycia – precyzyjnego określenia kształtu i struktury kluczowego białka: ApoB100.
Nowe spojrzenie na LDL
Badanie, opublikowane w prestiżowym czasopiśmie naukowym Nature, zostało przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu Missouri. Białko ApoB100, działające niczym „molekularny egzoszkielet”, otacza cząsteczki LDL, umożliwiając im swobodne przemieszczanie się w krwiobiegu. Zrozumienie struktury ApoB100 jest ogromnym krokiem naprzód, który otwiera drzwi do projektowania nowych, bardziej precyzyjnych leków na podwyższony cholesterol — a to potencjalnie pozwoli zmniejszyć skutki uboczne obecnie stosowanych terapii, takich jak statyny.
Zaawansowane narzędzia naukowe
Kluczowym elementem tego odkrycia było wykorzystanie nowoczesnych technologii. Naukowcy Zachary Berndsen i Keith Cassidy zastosowali kriomikroskopię elektronową, która umożliwia badanie trójwymiarowej struktury biologicznych molekuł z niespotykaną dotąd precyzją. Dzięki inwestycjom w zaawansowaną infrastrukturę badawczą na Uniwersytecie Missouri, w tym w ośrodek Electron Microscopy Core, było możliwe osiągnięcie tak dokładnych wyników.
„Te kriomikroskopy elektronowe pozwalają zobaczyć obiekty z ogromną rozdzielczością, niemożliwą do osiągnięcia przy użyciu tradycyjnych mikroskopów. Zamiast ogólnego kształtu komórki możemy teraz niemalże 'zajrzeć’ w głąb białek, które są tysiące razy mniejsze od komórek. Dzięki temu dokonaliśmy tego przełomowego odkrycia.”
Zachary Berndsen, adiunkt Szkoły Medycyny Uniwersytetu Missouri
Berndsen połączył analizę przeprowadzoną za pomocą kriomikroskopii z pracą Cassidy’ego, który dodatkowo wykorzystał technologię sztucznej inteligencji oraz superkomputery Hellbender, by dopracować szczegóły struktury ApoB100. Narzędzie AI o nazwie AlphaFold pozwoliło stworzyć obraz białka o jeszcze wyższej rozdzielczości, umożliwiając dokładniejszą analizę jego funkcji.
Rola cholesterolu i nowe perspektywy leczenia
Keith Cassidy, adiunkt biologicznej fizyki, zwraca uwagę na złożoność cholesterolu. „Zdarza się, że cholesterol postrzegany jest wyłącznie jako szkodliwy, ale w rzeczywistości pełni on wiele kluczowych funkcji w organizmie, m.in. wspomaga tworzenie hormonów i utrzymanie fluidalności błon komórkowych” — zauważył naukowiec. Dzięki integracji danych z kriomikroskopii z technologią AI możliwe będzie stworzenie terapii celowanych, które redukują ryzyko chorób serca bez eliminowania pozytywnych aspektów działania cholesterolu.
Znaczenie podstawowej nauki
Wyjątkowość tego badania polega nie tylko na precyzyjnym określeniu struktury ApoB100, ale również na potencjalnym zastosowaniu praktycznym. Może to zrewolucjonizować metody diagnostyki poziomu cholesterolu oraz poprawić skuteczność leczenia. Obecne testy pomiaru cholesterolu nie są wystarczająco precyzyjne. Badacze sugerują, że monitorowanie liczby kopii ApoB100 we krwi może stać się bardziej dokładnym wskaźnikiem ryzyka chorób serca.
Praca nad białkiem ApoB100 jest także osobistym wyzwaniem dla obu naukowców, ponieważ obaj mają w swoich rodzinach historię chorób serca – schorzenia będącego główną przyczyną zgonów na świecie. „Naszym celem jest połączenie badań podstawowych z realnymi korzyściami zdrowotnymi”, podkreśla Berndsen. „Możliwość prowadzenia badań, które mogą przynieść korzyści dla zdrowia publicznego, jest niezwykle satysfakcjonująca.”
Wyniki tych badań zostały opublikowane w Nature, a szczegóły można znaleźć w artykule zatytułowanym „The structure of apolipoprotein B100 from human low-density lipoprotein”.