Az egyik legszörnyűbb halál, amikor gyerekek vagy fiatal sportolók szíve látszólag megmagyarázhatatlan okból leáll, az egyik ilyen példa a tehetséges futballista, Fehér Miklós tragédiája . Gyanítható, hogy az ilyen esetek jelentős részében pitvarfibrilláció áll a háttérben, amelyet a szívműködés elektromos zavara okozott. Nehéz elfogadni, hogy egy élet azért veszik oda, mert a szívizom sejtjei nem jól kezelték a töltést hordozó ionokat, ez a sejt-, illetve molekuláris szintű zavar az egész szerv leállását okozta. Most közelebb kerültünk annak megértéséhez, hogy mi is zajlik ilyenkor, s ez a felismerés végül talán a tragikus esetek számának csökkentéséhez vezethet.
Egészen kisméretűek a nátriumcsatorna-fehérjék, mégis a szerkezetük rejti azokat a kritikus információkat, amelyek hozzásegíthetnek az életveszélyes szívritmusproblémák hatékonyabb diagnosztizálásához és jobb gyógyszerek kifejlesztéséhez - állítják a Washingtoni Egyetem orvostudományi karának kutatói a Cell tudományos folyóiratban közzétett tanulmányukban . "A szív-nátriumcsatorna nemcsak a szívverést indítja el, hanem a mutációi halálos szívritmuszavarokat (aritmiákat) is okozhatnak, de az azokat megakadályozó, a szívritmust szabályozó gyógyszerek is közvetlenül ezekre hatnak" - magyarázta William Catterall az egyetem farmakológus professzora a MedicalXpress tudományos portálon megjelent cikkben .
Miért életbevágóan fontosak az ioncsatornák?
Az ma már széles körben ismert, hogy a szív egyszerre a része egy folyadéktovábbító és egy elektromos rendszernek. Minden egyes szívveréskor az elektromos hullámok olyan mintázattal haladnak át az egészséges szíven, amely precízen összehangolva szabályozza a vér beszivattyúzását és kipumpálását. Az impulzus terjedésének sebessége a szívszövetben attól függ, hogy molekuláris szinten a szívsejt-membránok apró fehérjepórusaiban milyen tevékenység zajlik.
Anélkül, hogy mélyebben belebonyolódnánk szervezetünk elektromos szabályozásába , érdemes tisztázni, hogy miért is olyan fontosak az ioncsatornák. A sejtjeink bizonyos mértékig elkülönült egységként működnek, amelyeket egy nagyjából 5 nanométer vastag elektromosan szigetelő sejtmembrán vesz körül (ami 10 ezerszer vékonyabb, egy szőke hajszálnál). Ennek egyik oldalán a pozitív, a másik oldalán a negatív töltések sorakoznak fel, azaz kondenzátorként viselkedik. Ez azt jelenti, hogy tárolni képes az elektromos töltéseket. A helyes működéséhez szükséges töltésnagyság pedig úgy marad fenn, hogy a sejtmembránon (részben az aktívan működő úgynevezett ionpumpákon és) az ioncsatornákon keresztül átvándorolhatnak az ionok a másik oldalra. Számos ioncsatorna létezik (legalább 300 féle), amelyek megkülönböztethetők például azáltal, hogy miféle (nátrium, kálium, kalcium stb.) ionokat engednek át.
Végzetes mutációk
A nátrium-ionok - ezek a töltött részecskék - tehát áthaladnak ezeken a sejtfalban lévő fehérje-átjárókon. E feszültségfüggő nátriumcsatornák aktiválása és gyors inaktiválása az elektromos és élettani események olyan sorozatának részét képezik, amelyek fenntartják a folyamatos szívverést. "A nátriumcsatornák a kalciumcsatornákkal és a káliumcsatornákkal együttműködve irányítják a szívverést egész életünk során" - jegyezte meg Ning Zheng a cikk másik vezető szerzője, aki szintén farmakológus professzor a Washingtoni Egyetemen. Ha a nátriumcsatornák nem működnek megfelelően, akkor a szívünk bajba kerülhet, akár veszélyesen gyors és koordinálatlan összehúzódások is kialakulhatnak, amelyek halálosak is lehetnek . Az ioncsatornák közül az NaV 1,5 (az Na a nátriumra, a V pedig a feszültségre utal) csatorna olyan nélkülözhetetlen, hogy bizonyos mutációi végzetes lehetnek, mivel a szív más nátriumcsatornái nem tudják kiegyensúlyozni az ionforgalomban mutatkozó zavarokat. Ezek a mutációk veszélyes szívritmuszavarokat okozhatnak felnőtteknél, sőt hirtelen halált a gyermekek és a fiatal sportolók esetében.
Szerencsére sok szívritmuszavar (például a pitvarfibrilláció) kezelhető olyan gyógyszerekkel, amelyek blokkolják a szív nátriumcsatornáit. A csatornák nagy felbontású, 3D-s térképének elkészítéséhez a tudósok fejlett krio-elektronmikroszkópos (krioEM) vizsgálatokat végeztek, annak érdekében, hogy feltárják e nátriumcsatornák lényeges szerkezeti tulajdonságait. A konfigurációjukat ugyanis össze akarták kapcsolni a normális élettani funkciójukhoz tartozó működéssel, a diszfunkciókkal, a betegségmutációkkal, a toxinérzékenységgel és az antiaritmiás gyógyszerek farmakológiai hatásaival.
A krio-elektronmikroszkópia fiatal tudomány, amelynek létrehozása Závodszky Péter akadémikus szerint az utóbbi évtized legjelentősebb technikai eredménye a tudományban. Nem véletlen, hogy kifejlesztői, Jacques Dubochet, Joachim Frank és Richard Henderson 2017-ben megkapták érte a kémiai Nobel-díjat. Különlegessége abban rejlik, hogy a mintákat fixálás vagy bármiféle festés nélkül, saját természetes, vizes környezetükben teszi megfigyelhetővé elektronmikroszkóppal és nagy felbontású, 3 dimenziós szerkezeti képet eredményez.
A tudósok szerint az új technológiával végzett kísérleteik újraértelmezték mindazt, amit a szív-nátriumcsatornákról eddig tudtunk. Például megfigyelhették a szív NaV 1,5 csatornáját és meghatározhatták számos sajátos, létfontosságú funkciójának molekuláris alapját. Ezzel olyan kémiai információkhoz jutottak, amelyek biztonságosabb és hatékonyabb gyógyszerek kifejlesztéséhez járulhatnak majd hozzá.
