Nowo odkryte pompy wapniowe: klucz do komunikacji komórkowej!

Nowo odkryte pompy wapniowe: klucz do komunikacji komórkowej!

Najnowsze badania nad mechaniką transportu wapnia w organizmie człowieka mogą mieć daleko idące implikacje dla nauk medycznych. Międzynarodowy zespół kierowany przez kierownika badania dr Uwe Schulte z Uniwersytetu we Fryburgu niedawno rozszyfrował zasadę działania pomp wapniowych wewnątrz komórki. Pompy te odgrywają kluczową rolę w regulacji poziomu wapnia, który jest niezbędny zarówno dla komunikacji komórkowej, jak i wielu procesów fizjologicznych. Wyniki tego badania opublikowano 20 sierpnia 2025 roku w czasopiśmie specjalistycznym Komunikacja przyrodnicza opublikowany.

Wapń (ok²⁺) działa zarówno jako składnik odżywczy, jak i sygnał w organizmie. Aby wygenerować prawidłowe sygnały dla różnych reakcji fizjologicznych, kluczowa jest precyzyjna homeostaza wapnia. Typy ATPazy wapniowej w błonach wewnątrzkomórkowych charakteryzują się szybkością obrotu wynoszącą zaledwie kilkadziesiąt cykli na sekundę. Do pomiaru stężenia wapnia naukowcy wykorzystali kanały potasowe aktywowane wapniem jako ultraszybkie czujniki. W ten sposób udało im się precyzyjnie określić prędkość transportu pomp wapniowych.

Szczegółowe wyniki badania

Mikroskopia elektronowa błon komórkowych ujawniła gęstość około 55 kompleksów pompowych na mikrometr kwadratowy. Co ciekawe, pompy wapniowe oddziałują z lipidem błonowym PtdIns(4,5)P2, umożliwiając szybkie wiązanie i uwalnianie jonów wapnia. Bez tego wiązania lipidów proces transportu ulega znacznemu spowolnieniu. Analizy mutacji w strukturze pompy potwierdziły te ustalenia.

Dodatkowo badacze zastosowali tapsigarginę, znany inhibitor pompy wapniowej, do blokowania miejsca wiązania PtdIns(4,5)P2. To znacznie ograniczyło aktywność pompowania. Te spostrzeżenia na temat struktury 3D kompleksów pompowych i regulacji zależnej od lipidów mogą dostarczyć obiecujących podejść do nowych leków optymalizujących transport wapnia i przetwarzanie sygnału, potencjalnie lecząc choroby związane z niedoborem lub nadmiarem wapnia.

Kontekst i perspektywy na przyszłość

Sygnalizacja wapniowa jest niezbędna nie tylko dla ludzi, ale także dla innych organizmów eukariotycznych. Wyniki badań pokazują, że mechanizmy transportu Ca²⁺w różnych królestwach eukariotycznych ewoluowały w wyniku ewolucji. Badania te są ważne, aby zrozumieć wyzwania i złożoność sygnalizacji wapniowej w wyspecjalizowanych Ca²⁺- Zdefiniowano białka wiążące i sygnatury. Istnieje wiele projektów krajowych i międzynarodowych, które zajmują się podstawami transportu wapnia i uwzględniają badania porównawcze pomiędzy grzybami, zwierzętami i roślinami, jak np. PubMed zgłoszone.

Zaangażowani w badanie naukowcy pochodzą z kilku instytucji, w tym z Instytutu Fizjologii Molekularnej Maxa Plancka. Prof. dr Bernd Fakler z Uniwersytetu we Fryburgu, a także jego współpracownicy, prof. dr Stefan Raunser i prof. dr Heiko Rieger, wnieśli znaczący wkład w badania sposobu działania pomp. Ich praca zapewnia kompleksowe ramy, które otwierają zarówno teoretyczny, jak i praktyczny wgląd w sygnalizację wapniową.