Nově objevené kalciové pumpy: klíč k buněčné komunikaci!

Nově objevené kalciové pumpy: klíč k buněčné komunikaci!

Nejnovější výzkum mechaniky transportu vápníku v lidském těle by mohl mít dalekosáhlé důsledky pro lékařskou vědu. Mezinárodní tým vedený vedoucím studie Dr. Uwe Schulte z univerzity ve Freiburgu nedávno dekódoval funkční princip kalciových pump uvnitř buňky. Tyto pumpy jsou klíčové pro regulaci hladin vápníku, které jsou nezbytné jak pro buněčnou komunikaci, tak pro mnoho fyziologických procesů. Výsledky této studie byly publikovány 20. srpna 2025 v odborném časopise Příroda komunikace zveřejněno.

Vápník (cca²⁺) působí v těle jako živina i jako signál. Pro generování správných signálů pro různé fyziologické reakce je rozhodující přesná homeostáza vápníku. Typy kalciové ATPázy v intracelulárních membránách mají rychlost obratu pouze několik desítek cyklů za sekundu. K měření koncentrací vápníku vědci použili draslíkové kanály aktivované vápníkem jako ultrarychlé senzory. Dokázali tak přesně určit transportní rychlost kalciových pump.

Podrobné výsledky studie

Elektronová mikroskopie buněčných membrán odhalila hustoty asi 55 komplexů pumpy na čtvereční mikrometr. Je zajímavé, že kalciové pumpy interagují s membránovým lipidem PtdIns(4,5)P2, což umožňuje rychlou vazbu a uvolňování iontů vápníku. Bez této vazby lipidů se transportní proces výrazně zpomalí. Analýzy mutací ve struktuře pumpy tato zjištění potvrdily.

Kromě toho vědci použili thapsigargin, známý inhibitor kalciové pumpy, k blokování vazebného místa PtdIns(4,5)P2. To výrazně omezilo čerpací činnost. Tyto poznatky o 3D struktuře pumpových komplexů a regulaci závislé na lipidech by mohly poskytnout slibné přístupy pro nové léky k optimalizaci transportu vápníku a zpracování signálu, potenciálně k léčbě onemocnění spojených s nedostatkem nebo nadbytkem vápníku.

Kontext a budoucí perspektivy

Vápníková signalizace je nezbytná nejen pro člověka, ale i pro další eukaryotické organismy. Výsledky výzkumu ukazují, že transportní mechanismy pro Ca²⁺v různých eukaryotických královstvích se vyvinuly v průběhu evoluce. Tyto studie jsou důležité pro pochopení problémů a složitosti signalizace vápníku napříč specializovaným Ca²⁺-Jsou definovány vazebné proteiny a signatury. Existují četné národní i mezinárodní projekty, které se zabývají základy transportu vápníku a berou v úvahu srovnávací studie mezi houbami, zvířaty a rostlinami, jako např. PubMed hlášeno.

Zapojení výzkumníci pocházejí z několika institucí, včetně Institutu Maxe Plancka pro molekulární fyziologii. Prof. Dr. Bernd Fakler z univerzity ve Freiburgu, stejně jako jeho kolegové prof. Dr. Stefan Raunser a prof. Dr. Heiko Rieger, významně přispěli k výzkumu fungování čerpadel. Jejich práce poskytuje komplexní rámec, který otevírá teoretické i praktické pohledy na kalciovou signalizaci.