Fråga Doktorn

Kataraktbehandling utan kirurgi kan ligga i aktiverande skyddsprotein

Linsens förmåga att förändra fokuset beror på en tät bildning av proteiner som kan leda till klumpar som gränsar linsen och leder till grå starr - förutom speciella skyddsproteiner som förhindrar detta. Nu har ett lag i München, Tyskland, upptäckt en aktiveringsmekanism som kan slå på ett av dessa skyddande proteiner för att hålla linsen klar.

Teamet, från Technische Universitaet Muenchen (TUM), skriver om sina resultat i en nyligen online utgåva av Förhandlingar av National Academy of Sciences (PNAS) .

De föreslår att upptäckten kan leda till alternativa behandlingar för grå starr som inte kräver kirurgi.

Objektivceller utför en anmärkningsvärd prestation. De producerar en tät blandning av proteiner som ger linsen sin refraktionskraft - dess förmåga att ändra fokus så att vi kan se avlägsna och nära föremål - men samtidigt hålla linsen klar.

För att övervinna problemet med molnighet producerar linscellerna och eliminerar proteiner på ett helt annat sätt än andra celler - de gör dem en gång i embryonala scenen och bevarar dem för livet. Till skillnad från proteinerna i resten av kroppen är de i våra linser lika gamla som vi är.

Men för att göra proteinerna sista livet, måste linscellerna hålla dem i ett upplöst tillstånd, eller de klumpar ihop och producerar grumligheten som är karakteristisk för grå starr.

Och här ligger ledtråden till det tyska lagets upptäckt - de har hittat en av de mekanismer som cellen använder för att hålla proteinerna i ett upplöst tillstånd så länge.

Två kristallina proteiner stoppar andra proteiner som klumpar ihop

Forskare visste redan att två relaterade "heat shock" -proteiner, aA-kristallin och aB-kristallin var inblandade. Värmekokproteiner är närvarande i alla mänskliga celler och hjälper till att stoppa andra proteiner som klunkar när cellen upplever stark värme eller stress.

Men fram till den här studien var lite känt om strukturen och beteendet hos de två kristallinerna, trots intensiv forskning, som studieförfattare Johannes Buchner, professor för bioteknik vid TUM, förklarar:

Den stora utmaningen i analysen av dessa två kristallintyper ligger i deras oerhörda variation. Dessa proteiner existerar som en blandning av väldigt olika former, vilka var och en innefattar ett varierande antal subenheter. Det gör det väldigt svårt att skilja de enskilda strukturerna från varandra."

Molekylväxlaren utlöser skyddsproteinet

För några år sedan löste forskare vid TUM mysteriet om ett av de kristallina proteinerna - de avkodade molekylstrukturen av en av de viktigaste formerna av αB-kristallin. Proteinet är tillverkat av 24 underenheter.

Under normala förhållanden, när en linscell inte stressas, existerar proteinet i den form som forskarna avkodade. Men de insåg att det här bara är en vilande form, och inte den form som hjälper till att förhindra att andra proteiner klunkar. Så de resonerade där måste en växlingsmekanism som utlöser bildandet av aktiva former av proteinet.

I studien beskriver de hur de hittade utlösaren - när cellen utsätts för stress, till exempel värme, fäster fosfatgrupper på det kristallina proteinet vilket gör att det bryter upp i dess underenheter. Proteinunderenheterna binder alla till andra proteiner och stoppar dem klumpning. Detta är den aktiva formen av kristallin.

Den största utmaningen laget mötte var att lösa proteinets struktur, som medförfattare Sevil Weinkauf, professor i elektronmikroskopi vid TUM, förklarar:

Tänk dig att du bara har några bilder av en kaffekopps skugggjutning och vill härleda koppens form. Nu, om du tycker att det låter svårt, försök att föreställa dig att du inte bara har en enda kopp, men ett skåp fullt av kina som du vill härleda från skuggkastningarna. Det är just denna skrämmande utmaning som vi träffade för αB-kristallin."

Teamet tror att deras upptäckt av hur kristallin beter sig kan leda till nya behandlingar för grå starr som inte kräver kirurgi. Det kan vara möjligt att utveckla ett läkemedel som aktiverar aB-kristallinmekanismen för att rensa upp grummade linser.

Det kan också finnas andra applikationer, eftersom proteinet också spelar en roll i andra celler. Till exempel är det för aktivt i cancerceller och kan stoppa dem att begå självmord. I det exemplet kan ett läkemedel utvecklas för att deaktivera proteinet.

Fonder från den tyska forskningsstiftelsen bidrog till att finansiera studien.

År 2012 fann forskare vid Missouri University of Science and Technology i USA att ögondroppar innehållande en antioxidant kan förebygga eller läka grå starr och andra degenerativa ögonproblem.