Zrozumienie mechanizmów działania białek opiekuńczych może być kluczowe dla celów praktycznych w medycynie, farmakologii i biotechnologii. Pozwala bowiem zrozumieć zmiany zachodzące w komórkach leżące u podstaw zaburzeń neurodegeneracyjnych, na przykład choroby Alzheimera czy Parkinsona. To właśnie za prace nad rolą białek opiekuńczych w naprawianiu innych wadliwych białek prof. Krzysztof Liberek z Międzyuczelnianego Wydziału Biotechnologii Uniwersytetu Gdańskiego i Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego został nagrodzony Nagrodą Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej 2023 w dziedzinie nauk o życiu i Ziemi.
– Białka opiekuńcze są we wszystkich komórkach wszystkich organizmów. Te białka „opiekują się” innymi białkami. Dbają one o to, żeby białka komórkowe były w tak zwanej formie aktywnej, żeby nie ulegały denaturacji, a w formie zdenaturowanej one są nieaktywne. Badania, które prowadzę, to są badania podstawowe, interesują nas podstawowe procesy zachodzące w komórce – mówi w wywiadzie dla agencji Newseria Innowacje prof. Krzysztof Liberek z Międzyuczelnianego Wydziału Biotechnologii Uniwersytetu Gdańskiego i Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego, kierownik Zakładu Biochemii Białek.
Białka opiekuńcze odgrywają zasadnicze funkcje w ochronie komórek i całych organizmów przed niekorzystnymi warunkami środowiskowymi. Ich rola polega na kontroli jakości stanu innych białek. Kiedy białka nie przyjmują prawidłowej struktury przestrzennej, wówczas białka opiekuńcze pozwalają im powtórnie zwinąć się do prawidłowej struktury. Zapobiegają tym samym tworzeniu się agregatów białkowych. To niezwykle istotna funkcja, ponieważ zagregowane białka mogą być toksyczne dla komórki. Wiele dowodów wskazuje na to, że takie agregaty białkowe występują w przypadku niektórych chorób neurodegeneracyjnych (np. w chorobie Alzheimera). Niektóre z tych agregatów mogą być rozpuszczane w komórce przy udziale białek opiekuńczych.
– W chorobach neurodegeneracyjnych dochodzi do agregacji specyficznych białek. Dotyczy to choroby Alzheimera, Parkinsona, chorób prionowych. Gdyby udało się w jakiś sposób wpłynąć na białka, które agregują w tych chorobach, to być może udałoby się wpłynąć na przebieg tych chorób. Jest to trudne, na razie umiemy to robić do pewnego stopnia w próbówkach, ale to, co się dzieje w mózgu osób chorych, to jest zupełnie inna sprawa, tak że jesteśmy od tego bardzo daleko – podkreśla laureat „polskiego Nobla”.
Profesor w cyklu pięciu prac opublikowanych w latach 2016–2021 wykazał złożoność procesu, w którym białka opiekuńcze doprowadzają do odzyskiwania białek z agregatów białkowych i ich zwijania do aktywnej struktury przestrzennej. Pokazał, że obecność małych białek szoku cieplnego (sHsp) przy agregacji białek istotnie zmienia strukturę agregatów, co ułatwia pracę białkom opiekuńczym. Dzięki sHsp białka opiekuńcze w pierwszej kolejności usuwają właśnie je z powierzchni agregatu. Równocześnie inicjują wówczas rozwijanie białek wchodzących w skład agregatu, a potem ich uwolnienie. Jeśli proces jest powtarzany wielokrotnie, to dochodzi do całkowitego rozpuszczenia agregatu i odzyskania puli aktywnych białek.
– Są duże szanse, że podobne procesy mogą dziać się w mózgu osób chorych. I gdybyśmy umieli wpłynąć na białka opiekuńcze, żeby działały bardziej efektywnie, to może lekarze byliby w pewien sposób w stanie zapanować nad progresją choroby. Należałoby tylko tę chorobę diagnozować na bardzo, ale to bardzo wczesnym etapie, kiedy jeszcze proces agregacji nie jest nasilony – podkreśla prof. Krzysztof Liberek.
Jak podkreślają neurolodzy, choroba Parkinsona jest diagnozowana na dość późnym etapie. Średnio od wystąpienia pierwszych objawów do postawienia diagnozy mijają dwa lata, a w Polsce jest to proces jeszcze dłuższy. Wczesne wykrycie nieprawidłowości charakterystycznych m.in. dla choroby Parkinsona czy Alzheimera mogłoby być możliwe m.in. poprzez oznaczanie markerów w płynie mózgowo-rdzeniowym i surowicy krwi. Przykładowo chorobę Alzheimera dałoby się wówczas rozpoznać na etapie przedobjawowym, nawet 10–20 lat przed jej manifestacją. Według Alzheimer’s Disease International w 2050 roku na różnego rodzaju demencje będzie cierpieć 131,5 mln ludzi.
Nagroda FNP jest często określana mianem „polskiej Nagrody Nobla". Otrzymują ją wybitni uczeni za szczególne osiągnięcia i odkrycia naukowe, które przesuwają granice poznania i otwierają nowe perspektywy poznawcze. Wysokość nagrody to 200 tys. zł.
