Na novo odkrite kalcijeve črpalke: ključ do celične komunikacije!

Na novo odkrite kalcijeve črpalke: ključ do celične komunikacije!

Najnovejša raziskava mehanike transporta kalcija v človeškem telesu bi lahko imela daljnosežne posledice za medicinsko znanost. Mednarodna ekipa pod vodstvom vodje študije dr. Uweja Schulteja z Univerze v Freiburgu je nedavno dekodirala funkcionalni princip kalcijevih črpalk v celici. Te črpalke so ključne za uravnavanje ravni kalcija, ki je bistvenega pomena za celično komunikacijo in številne fiziološke procese. Rezultati te študije so bili objavljeni 20. avgusta 2025 v strokovni reviji Nature Communications objavljeno.

Kalcij (pribl²⁺) deluje kot hranilo in signal v telesu. Za ustvarjanje pravilnih signalov za različne fiziološke odzive je ključnega pomena natančna homeostaza kalcija. Tipi kalcijeve ATPaze v znotrajceličnih membranah imajo hitrosti menjave le nekaj deset ciklov na sekundo. Za merjenje koncentracije kalcija so znanstveniki kot ultra hitre senzorje uporabili s kalcijem aktivirane kalijeve kanale. Na ta način so lahko natančno določili transportno hitrost kalcijevih črpalk.

Podrobni rezultati študije

Elektronska mikroskopija celičnih membran je pokazala gostoto okoli 55 črpalnih kompleksov na kvadratni mikrometer. Zanimivo je, da kalcijeve črpalke medsebojno delujejo z membranskim lipidom PtdIns(4,5)P2, kar omogoča hitro vezavo in sproščanje kalcijevih ionov. Brez te vezave lipidov se transportni proces bistveno upočasni. Analize mutacij v strukturi črpalke so te ugotovitve potrdile.

Poleg tega so raziskovalci uporabili tapsigargin, znani zaviralec kalcijeve črpalke, da blokirajo mesto vezave PtdIns(4,5)P2. To je znatno omejilo aktivnost črpanja. Ti vpogledi v 3D strukturo kompleksov črpalke in regulacijo, odvisno od lipidov, bi lahko zagotovili obetavne pristope za nova zdravila za optimizacijo transporta kalcija in obdelavo signalov, potencialno zdravljenje bolezni, povezanih s pomanjkanjem ali presežkom kalcija.

Kontekst in prihodnje perspektive

Signaliziranje kalcija je bistvenega pomena ne le za ljudi, ampak tudi za druge evkariontske organizme. Rezultati raziskav kažejo, da transportni mehanizmi za Ca²⁺v različnih evkariontskih kraljestvih so se razvijale skozi evolucijo. Te študije so pomembne za razumevanje izzivov in zapletenosti signalizacije kalcija v specializiranih Ca²⁺-Določeni so vezavni proteini in podpisi. Obstajajo številni nacionalni in mednarodni projekti, ki se ukvarjajo z osnovami transporta kalcija in upoštevajo primerjalne študije med glivami, živalmi in rastlinami, kot npr. PubMed poročali.

Vključeni raziskovalci prihajajo iz več institucij, vključno z Inštitutom Maxa Plancka za molekularno fiziologijo. Prof. dr. Bernd Fakler z Univerze v Freiburgu ter njegova kolega prof. dr. Stefan Raunser in prof. dr. Heiko Rieger so pomembno prispevali k raziskovanju delovanja črpalk. Njihovo delo zagotavlja obsežen okvir, ki odpira tako teoretični kot praktični vpogled v signalizacijo kalcija.