Mikrotubule to rodzaj białkowych rurek współtworzących szkielet komórkowy, które biorą udział w najważniejszych aktywnościach komórek. Jako że nie stanowią struktur statycznych, a pozostają w ciągłym ruchu, ulegając nieustannej przebudowie (ciągłej polimeryzacji i depolimeryzacji), są kluczowe nie tylko dla samego kształtu i budowy komórki, ale też warunkują jej poruszanie się, transport wewnątrzkomórkowy, tworzenie wrzeciona kariokinetycznego podczas podziału, etc. Istotne zdają się również podczas procesów bliznowacenia - wszak biorą udział i w proliferacji czy różnicowaniu tkanek, i w sekrecji rozmaitych czynników wzrostowych tudzież białek macierzy zewnątrzkomórkowej. Tymczasem tworzenie się blizny w miejscu uszkodzenia rdzenia kręgowego jest, obok wrodzonych niewielkich zdolności regeneracyjnych, głównym czynnikiem utrudniającym odtwarzanie tkanki nerwowej.

Przestrzenny model fragmentu mikrotubuli

Dotychczasowe doniesienia naukowe sugerowały, że w eksperymentach in vitro stabilizacja mikrotubul może wpływać na obkurczanie się aksonów (włókien osiowych neuronów) w miejscach uszkodzenia nerwów, na ich obrzęk, a także niwelować wpływ czynników hamujących ich wzrost. W najnowszym "Science" ukazał się raport testujący tę hipotezę w praktyce na szczurach z częściowym przerwaniem ciągłości rdzenia kręgowego. Jako czynnika hamującego przebudowę mikrotubul użyto paklitakselu (Taxolu), oficjalnie zarejestrowanego leku  stosowanego m.in. podczas terapii nowotworów (poprzez stabilizację mikrotubul uniemożliwia powstawanie wrzeciona podziałowego i podział komórek).

Taxol podawano podpajęczynówkowo, bezpośrednio w miejscu uszkodzenia, w ciągłym wlewie. Tydzień po przerwaniu ciągłości rdzenia w grupie kontrolnej w miejscu  uszkodzenia znaleziono znaczną ilość kolagenu IV, fibronektyny, lamininy - zaobserwowano tworzenie się blizny łącznotkankowej uniemożliwiającej odtworzenie ciągłości tkankowej i odbudowę szlaku nerwowego. Podobne zmiany zaszły w znacznie mniejszym stopniu u zwierząt poddawanych działaniu cytostatyku.

Podczas bliznowacenia zachodzącego w ośrodkowym układzie nerwowym kluczową substancją jest TGF-β, tzw. Transformujący czynnik wzrostu β  i kaskada sygnałowa przezeń zawiadywana, prowadząca - poprzez rozliczne białka efektorowe, m. in. Smad2 - do wzmożenia procesów włóknienia. Do działania tej kaskady niezbędny jest aktywny system mikrotubul. Okazuje się, że rozregulowanie go po podaniu paklitakselu zmniejsza o ponad 70% transport czynnika Smad2 do jądra komórkowego, co może w znacznym stopniu wyjaśniać mechanizm zahamowania tworzenia blizny. Blokada ścieżek sterowanych poprzez TGF-β powoduje również obniżenie się poziomu proteoglikanów (gł. siarczanu chondroityny) bezpośrednio hamujących wzrost aksonów, czego m. in. efektem w badaniu było wyraźne zwiększenie stopnia regeneracji pobudzonych uprzednio neuronów.

Terapia Taxolem przez przez 6-8 tygodni po uszkodzeniu spowodowała wyraźne wydłużenie i częściową naprawę uszkodzonych nerwów, przy czym wykazano także zauważalny postęp czynnościowy w porównaniu ze zwierzętami kontrolnymi - naprawa nie ograniczała się jedynie do efektów morfologicznych, zwierzęta leczone paklitakselem wypadały znacząco lepiej również w późniejszych testach motorycznych.

Opisywane badanie nie jest jedynym próbującym obejść nikłe zdolności regeneracyjne tkanki nerwowej, których efekt wzmaga dodatkowo tworzenie blizn w miejscach uszkodzeń, dość jednak nowatorskie jest miejsce, w którym naukowcy postanowili uderzyć. Zamiast próbować hamować rozliczne czynniki blokujące wzrost neuronów, czyli podchodzić do sprawy niejako detalicznie, skierowali swoją uwagę na cytoszkielet, punkt, gdzie zbiegają się różne ścieżki transportu i wydzielania komórkowego, a jednocześnie element mający dodatkowe, czysto mechaniczne funkcje podczas odtwarzania utraconych możliwości tkankowych. Wstępne wyniki ich podejścia są obiecujące.

Źródło:

Hellal F, Hurtado A, Ruschel J, Flynn KC, Laskowski CJ, Umlauf M, Kapitein LC, Strikis D, Lemmon V, Bixby J, Hoogenraad CC, Bradke F. Microtubule Stabilization Reduces Scarring and Causes Axon Regeneration After Spinal Cord Injury, Science. 2011 Feb 18;331(6019):928-31

Omówienia:
Cancer drug promotes axon regeneration
Spinal cord injury: A regenerative medicine

[Paulina Łopatniuk]