Perforyna: niebezpieczna proteina

Perforyna, białko niezbędne dla systemu odpornościowego, jest zdolne do robienia dziur na powierzchni komórek, aby je nasępnie zabić. Jego mechanizm działania, który jest jeszcze bardzo słabo zrozumiany, właśnie wyszedł na światło dzienne, a to dzięki pracom dwóch zespołów badawczych.

Komórki obronne stosują różne taktyki, aby chronić organizm przed agresją. Po blisko 10 latach poszukiwań, naukowcy autralijscy oraz naukowcy brytyjscy, w końcu rozszyfrowali mechanizm działania proteiny, która jest niezbędna dla odporności organizmu: perforyny.

Perforyna jest zawarta w ziarenkach cytoplazmatycznych bardzo szczególnych komórek odpornościowych: limfocytów NK (natural killer) oraz limfocytów T cytotoksycznych. Kiedy ci strażnicy napotykają jakąś niebezpieczną komórkę (nowotworową albo zarażoną przez wirusa), wytwarzana jest natychmiast swego rodzaju „synapsa odpornościowa”, co z kolei prowadzi do aktywacji wyjątkowego mechanizmu obrony.

Perforacja membrany

Na pierwszym miejscu, to właśnie perforyna jest uwalniana z limfocytów w kierunku niebezpiecznej komórki. Jednocząc się z innymi perforynami, tworzą one rodzaj poru przezmembranowego w membranie komórki wziętej na cel. Perforyna więc zasługuje na swoją nazwę, ponieważ jest ona w rzeczywistości zdolna do perforowania komórek, które mają zostać wyeliminowane.

Następnie, proteazy o nazwie granzymy, są także uwalniane w kierunku komórki-celu i przechodzą one przez pory uformowane właśnie przez perforyny. Kiedy tylko znajdą się w cytoplazmie komórki-celu, granzymy niszczą stopniowo zawartość komórki, aktywując bądź dezaktywując różne procesy, prowadząc w efekcie do jej śmierci przez apoptozę (zaprogramowana śmierć komórki).

Perforyna jest więc absolutnie niezbędna dla mechanizmu obrony zapewnianego przez limfocyty T cytotoksyczne, podczas gdy szeroka gama różnych typów granzymów pozwala na ewentualne zastąpienie jednego enzymu przez inny.

Badania przeprowadzone na myszach już zresztą wcześniej pokazały, że niedobór perforyny prowadzi do superkumulacji komórek rakowych, a w szczególności w przypadku białaczek. U człowieka, ogromna część przypadków limfohistiocytoz hemofagocytarnych, bardzo poważnych chorób odpornościowych, jest związana z mutacją genu perforyny.

Struktura bliska porom bakteryjnym

Jednakże, sposób działania perforyny był jeszcze mało znany przed ostatnią publikacją nowego artykułu w prestiżowym przeglądzie Nature. Wreszcie, sposób ten jednak został rozpracowany dzięki zastosowaniu techniki obrazowania molekularnego.

Badacze określili, dzięki promieniom X, strukturę peforyny monomerycznej myszy. Naukowcom udało się także otrzymać obraz dzięki technice kriomikroskopii elektronowej (po zamrożeniu próbek) całego poru (perforyna multimeryczna).

Otrzymane obrazy pozwalają zaobserwować, że perforyna jest białkiem w kształcie klucza, złożonym z wielu segmentów. A także to, iż jej przytwierdzanie się do membrany komórkowej wymaga obecności jonów wapnia.

Co jeszcze bardziej zaskakujące, mikroskopia elektronowa ujawniła, że struktura perforyn przypomina strukturę protein bakteryjnych toksycznych dla komórek ludzkich (listeria, gronkowiec, wąglik...)

Prace te finalizują to, co Jules Bordet, który otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny i fizjologii w 1919 roku, odkrył już 110 lat temu. Teraz, kiedy już wiemy, jak to funkcjonuje, możemy wreszcie zacząć, oby skutecznie, dopieszczać metody walki z rakiem, malarią oraz cukrzycą, potwierdza James Whisstock z Uniwersytetu Monash, główny autor artykułu.