Nanocząsteczki mogą powodować uszkodzenia DNA w mózgu

Cząsteczki sygnałowe a uszkodzenia DNA

Naukowcy wykazali, że wystawienie barier komórkowych na działanie nanocząsteczek metali powoduje uwalnianie substancji sygnalizacyjnych, które mogą wywoływać uszkodzenia DNA w rozwijających się komórkach mózgowych. To odkrycie może przyczynić się do powstania nowych kierunków terapii schorzeń neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera czy choroba Parkinsona.

Negatywny wpływ na sąsiednie komórki

Nanocząsteczki to bardzo małe molekuły o wielkości 1-100 nanometrów. Coraz częściej wykorzystuje się je w farmaceutykach, chemioterapii, obrazowaniu i diagnostyce, ze względu na ich zdolność do przemieszczania się wewnątrz organizmu za pośrednictwem szlaków komórkowych. Interakcja tych cząsteczek z błonami komórkowymi oraz ich przenikanie do wnętrza komórki, wpływają na kluczowe szlaki sygnalizacyjni i procesy komórkowe. Oprócz zmiany funkcjonowania konkretnej komórki mającej styczność z nanocząsteczką, jej przeniknięcie przez błonę plazmatyczną może negatywnie oddziaływać na sąsiednie komórki w sposób zbliżony do popromiennego efektu sąsiedztwa.

Nanocząsteczki CoCr

W przypadku najnowszego badania, naukowcy wyhodowali w laboratorium warstwę komórek BeWo – powszechnie wykorzystywanych jako model bariery łożyskowej. Komórki te zostały następnie wystawione na działanie nanocząsteczek chromianu kobaltu, po czym pobrano materiał biologiczny spod bariery komórkowej i przeniesiono go do hodowli ludzkich komórek mózgowych, co wywołało uszkodzenia DNA. Efekt ten potwierdzono w badaniu na myszach poprzez ekspozycję na chromian kobaltu w okresie płodowym, co również spowodowało naruszenie struktury materiału genetycznego w hipokampie (części mózgu uczestniczącej w procesach uczenia się i zapamiętywania) potomstwa badanych zwierząt.

Autofagia i IL-6

Naukowcy udowodnili, że komórki tworzące barierę metabolizują nanocząsteczki poprzez proces autofagii, co prowadzi do produkcji substancji sygnalizacyjnych, które powodują uszkodzenia DNA w astrocytach i neuronach w mózgu. Działanie to zostało potwierdzone poprzez zablokowanie autofagii lub wytwarzania IL-6 (głównej zidentyfikowanej substancji sygnalizacyjnej) – spowodowało to wyraźną redukcję uszkodzeń DNA. Wyniki te potwierdzają przypuszczenie, że pośrednie oddziaływanie nanocząsteczek na komórki, obserwowane w przytoczonym badaniu, może być równie istotne przy ocenie bezpieczeństwa tych molekuł, jak bezpośrednio wywierane przez efekty biologiczne.

Rola astrocytów

Co istotne, naruszenie materiału genetycznego w neuronach okazało się być zależne od obecności astrocytów – powszechnie występujących w mózgu komórek, które przez lata uważano za jedynie wspierające działanie neuronów. Dziś wiadomo jednak, że pełnią one liczne funkcje w mózgu i mogą wywierać zarówno pozytywny, jak i negatywny wpływ na sąsiadujące z nimi komórki nerwowe. Jak mówi Maeve Caldwell, profesor neurobiologii w Trinity College w Dublinie i główny autor badania, „astrocyty to najczęściej występujący w mózgu rodzaj komórek, którego rolę przez długi czas uważano za podrzędną względem neuronów. Jednak fakt, że materiał biologiczny z barier komórkowych wystawionych na działanie nanocząsteczek powodował uszkodzenia neuronów tylko w obecności astrocytów, rzuca nowe światło na funkcje tych komórek, których rola w mózgu jest prawdopodobnie dużo większa niż dotąd sądzono. Kiedy astrocyty poddane są działaniu stresorów (jak w naszym eksperymencie), mogą one powodować uszkodzenia sąsiednich komórek nerwowych.”

Nowe kierunki leczenia

 „Rezultaty naszego doświadczenia mogą mieć duże znaczenie dla zrozumienia wpływu astrocytów na funkcjonowanie układu nerwowego w wielu schorzeniach neurodegeneracyjnych, w tym w chorobie Alzheimera i chorobie Parkinsona, a w konsekwencji pomóc w opracowaniu skutecznych metod terapeutycznych”, podkreśla prof. Caldwell. Odkrycia badaczy dowodzą, że indukowane przez nanocząsteczki defekty w komórkach mózgowych mogą powodować uszkodzenia DNA, które zależne są od astrocytów. Otwiera to nowe perspektywy badań nad leczeniem chorób neurodegeneracyjnych, ukierunkowanych na regulację działania tych komórek glejowych.

Źródło:

https://www.nature.com/articles/s41565-018-0085-3

https://www.sciencedaily.com/releases/2018/04/180404114727.htm