Miért fagyálló az ôszi gabona?

Miért fagyálló az ôszi gabona? GALIBA GÁBOR

Hazánkban az ôszi gabonafélék 15–25 százalékkal többet teremnek a tavasziaknál. Korai érésük miatt elkerülik a nyáron gyakran fellépô szárazságot és betegségeket, a tél folyamán pedig megfelelô talajborítást nyújtanak, és ezzel minimálisra csökkentik a talajeróziót. Termesztésük tehát gazdaságosabb és környezetkímélôbb a tavaszi gabonafélékénél. Az ôszi gabonáknak megfelelô télállósággal kell rendelkezniük, amely képessé teszi ôket a tél viszontagságai (hideg, oxigénhiány, felfagyás, betegségek stb.) elviselésére. A télállóság egyik legfontosabb eleme a fagyállóság, melynek genetikai és élettani alapjait már több évtizede tanulmányozzák az MTA Mezôgazdasági Kutatóintézetében. A növények edzôdés során érik el a genetikailag meghatározott fagyállóságukat. Ez a folyamat a természetben ôsszel fokozatosan zajlik le a csökkenô hômérséklet és nappalhossz következtében. Martonvásáron a növények edzését mesterséges körülmények között, számítógép vezérelte növénynevelô kamrákban végzik (1/a ábra). A vizsgálatokhoz a növényeket faládákban nevelik (1/b ábra). Magyarország ôszi idôjárását szimulálva a hômérsékletet és a nappalhossz idejét fokozatosan, heteken át csökkentik az edzés érdekében. A minta fagyasztása általában több hômérsékleten, például –11, –13 °C-on egy napig tart (1/c ábra). Két hét elteltével határozzák meg a fagyállóság mértékét a növények újranövekedési képessége alapján (1/d ábra). A fagyasztási tesztek eredménye nyomán ismert, hogy a kenyérbúza 21 kromoszómapárjából legalább 10 részt vesz a fagyállóság kialakításában. A kenyérbúza (Triticum aestivum) az évezredek alatt 3 fajból alakult ki, tehát a genomja 3 faj génkészletébôl áll, ezek jele: A, B és D. A kenyérbúza genomja 7 pár A, 7 pár B és 7 pár D kromoszómából áll, ezek egymással rokonságban vannak, tehát ha megállapítunk valamit például az A genom 5-ös kromoszómájáról, az nagy valószínûséggel igaz lesz az 5B és az 5D homológ kromoszómákra is. Kiderítették, hogy az 5A,

5B és az 5D kromoszómapár fontos szerepet játszik a fagyállóság genetikai szabályozásában. A kutatókat azonban nemcsak az érdekli, hogy a fagyállóság hogyan öröklôdik, hanem az is, hogy milyen élettani/ biokémiai változások történnek az edzôdés során. Milyen gének vesznek részt ezekben a folyamatokban, és ezek a gének hogyan szabályozódnak? E kérdések megválaszolására végeztek kísérleteket az OTKA tematikus pályázati támogatásának keretében. A fagy során a sejtek közötti járatokban jég képzôdik. A jégkristályok tönkretehetik a sejtek membránjait, ami a sejt pusztulásához vezethet. Ugyanakkor a jég képzôdése kivonja a sejtekbôl a vizet, tehát a hideg okozta stressz egyúttal szárazság-stresszt is okoz. A növény az edzôdés folyamán szerves anyagok – köztük szénhidrátok – felhalmozásával védekezik a vízelvonás ellen. Mindezek mellett olyan fehérjék is képzôdnek, melyek a membránokat védik, vagy olyan membrán-alkotórészek keletkeznek, melyek a membránokat „rugalmasabbá” teszik. A hideg hatására bekapcsolódó, indukálódó géneket hideg-indukálható, az angol nevük rövidítésébôl Cor (cold regulated) géneknek nevezzük; míg a gének mûködését szabályozó „karmester”-géneket regulátor géneknek hívjuk. Amerikai és japán kutatók a növénygenetikusok modellnövényét, a lúdfüvet (Arabidopsis thaliana) tanulmányozva megállapították, hogy egy hideg-indukálható gén, a Cor15a a membránstabilizációban játszik szerepet, és növeli a növények fagyállóságát. Igazolták továbbá, hogy e gén regulátora egy Cbf nevû transzkripciós faktor (ez a molekula a gének ki- és bekapcsolását szabályozza a sejtekben). A martonvásári kutatók az OTKA által támogatott kutatásokat egy amerikai (Kaliforniai Egyetem) és egy olasz (Gabonakutató Intézet, Fiorenzuola d’Arda) kutatócsoporttal együttmûködve végezték. A Cor14b hideg-indukálható gént, ennek regulátor génjét (egy Cbf gént), valamint a fagyállóság viszonyát tanulmányozták alakorban. Az alakor (Triticum monococcum) egy diploid búzafaj, mely 7 pár kromoszómát

7

a

b

1. ábra. Fagyteszt a martonvásári növénynevelô kamrákban

c

d együttmûködve árpában (Hordeum vulgare) sikerült mindkét fagyállósági QTL-t meghatározni. A kenyérbúzában leírt Fr-A1 génnek megfelelô (homológ) Fr-H1 fagyállósági gén ugyanazon a kromoszómaszakaszon helyezkedik el az árpa 5H kromoszómán; sôt a másik fagyállósági gén, az Fr-H2 is ugyanabban a pozícióban van, mint az alakor Fr-A2 génje.

(A genom) tartalmaz. Korábbi kísérletek azt bizonyították, hogy a kenyérbúza fagyállóságának kialakításában az 5A kromoszóma játszik kiemelkedô szerepet. A martonvásári kutatók 1995-ben egy nagy hatású fagyállósági gént mutattak ki ezen a kromoszómán, melyet Fr-A1-nek neveztek el. Az alakorban végzett kutatás során egy új, addig még nem ismert fagyállósági gént fedeztek fel (Fr-A2) és mutattak ki az 5A kromoszómán. A fagyállóság mennyiségi jelleg. Azt a kromoszómaszakaszt, mely nagy valószínûséggel mennyiségi jelleget meghatározó gént/géneket tartalmaz, QTL-nek (Quantitative Trait Loci, mennyiségi jellegek lókusza) hívják. Bizonyították, hogy az Fr-A2 génhez (QTL-hez) köthetô a Cor14b gén mûködésének szabályozása, és egy Cbf regulátor gén is, a Cbf3 (2. ábra). Ezzel a búza esetében a világon elôször sikerült egy fagyállósági génhez funkciót rendelni: az Fr-A2 gén (QTL) feltételezhetôen egy Cbf regulátor gén (a Cbf3), amely a hideg-indukálható gének (például a Cor14b) mûködését szabályozza. Az alakorral végzett kísérletek eredményeit késôbb árpakísérletek is megerôsítették. A gabonafélék genomja egy közös „rizs” ôsbôl eredeztethetô, ezért a különbözô gabonafélék kromoszómáinak felépítése és a kromoszómán elhelyezkedô gének sorrendje hasonló. Így van ez a búza és az árpa esetében is: az árpa 5-ös kromoszómáján (5H) a gének sorrendje nagyban hasonlít a búza 5-ös kromoszómáján (5A) lévô génsorrendhez. Az olasz kutatócsoporttal

Fr-A2

LOD

fagyállóság 6 5 4

Cor14b expresszió

3 2

Xwg644 Xcdo465 Xpsr426

Xmwg2062 Xpsr2021 XDhm2.1

Xpsr120 Xbcd9

Xgwm639 XEsil4

Xbcd508

Xwg530

Xbcd351

Xcdo57

Xbcd926 Xgwm186

1

Cbf3

2. ábra. Fagyállóságot és génexpressziót (gén kifejezôdését) meghatározó kromoszómarégió (QTL) az alakor 5A kromoszómáján. Az x-tengely az 5A kromoszóma egy részlete; a tájékozódást a feltüntetett „molekuláris markerek” (jelzôk) teszik lehetôvé. Az y-tengelyen szereplô LOD-érték jelentése: minél nagyobb ez a szám, annál nagyobb a valószínûsége, hogy az adott tulajdonságért felelôs gén az adott helyen van. A görbék maximuma: mindhárom gén legvalószínûbb helye (nyilakkal jelölve) az Xbcd508-as markernek megfelelô hely

8

a

intakt 5A

5A

b

del5AL-6 del5AL-15 del5AL-10

Vizsgált deléciós vonalak markerek 5AL-10 M15 M6

5AL-8

M0

5AL-15 5AL-6 deléciós vonalak

Xpsr120 Xpsr575 Xcdo400 Xpsr911

Fr-A1 Vrn-A1

5AL-17

3. ábra. A szénhidrát-felhalmozódást szabályozó gén(eke)t tartalmazó kromoszóma-szegmentum helyének meghatározása különbözô búza 5A deléciós vonalak segítségével

5AL-20

Xcdo87 Xcdo584 Xbcd454

5AL-23

del5AL-15 jelû vonal kromoszómájáról már nagyobb darab tört le, errôl már két marker (M0 és M6) is hiányzik, de az M15 még rajta van. Az utolsó, del5AL-10 vonal az, amelyikben az 5A kromoszómáról a legnagyobb darab tört le, ezen már nincs is marker. Martonvásáron a kísérletekhez különbözô nagyságú 5A kromoszómadeléciókat tartalmazó búzanövényeket használtak. Mivel a fagy-stressz egyben vízhiányt jelent, ezeket a növényeket hidegben és vízhiányos körülmények között is nevelték, és meghatározták a hajtások szénhidráttartalmát és -összetételét. Ha egy deléciós vonalban kevesebb cukor halmozódik fel, mint a többiben, akkor abban a vonalban a felhalmozódásért felelôs gén már hiányzik. Ily módon sikerült meghatározni azt a régiót az 5A kromoszómán, amely a szénhidrát-akkumulációban szerepet játszik; ezt a 3/b ábrán satírozva jelöltük. Ez a régió tartalmazza a vernalizációs igényt befolyásoló gént (Vrn-A1), amely rendkívül szorosan kapcsolt a Fr-A1 fagyállósági génnel! A vernalizációs gén határozza meg, hogy a búza kalászolásához szükség van-e egy hideg periódusra. A tavaszi búzáknak nincs szükségük hideg periódusra a kalászba induláshoz, míg az ôszi búzák kalászolásához elengedhetetlen egy hosszabb hideg periódus. Az ôszi búzák általában fagytûrôk, míg a tavasziak fagyérzékenyek. Fizikai módszerrel is bizonyították tehát a szénhidráttartalom, a fagyállóság és a vernalizációs igény között fennálló genetikai kapcsolatot.

Mi több, az Fr-H2 gén helyén megtalálták árpában is a Cor14b gént szabályozó kromoszómaszakaszt és a Cbf3 regulátor gént. Elmondható tehát, hogy az árpában kapott eredmények teljes mértékben alátámasztották az alakorban és a kenyérbúzában kapott eredményeket. A bevezetésben kiemeltük a szénhidrátok fontosságát a fagykárok kivédésében. A korábbi martonvásári kísérletekbôl ismertté vált, hogy a búza 5A kromoszómáján találhatók olyan gének, amelyek a szénhidrát-felhalmozódásért felelôsek. Ezeknek a géneknek más génekhez viszonyított helyét korábban genetikai módszerrel meg is határozták. A gének helyét a kromoszómán azonban direkt módon is meghatározhatjuk. Hogyan lehet egy gén helyét vagy szerepét közvetlenül bizonyítani? Az egyik lehetôség, hogy a gént „eltüntetjük”, és megnézzük, hogy az adott funkció (melyért a gén felelôs) valóban eltûnt-e. Az ilyen vizsgálatokra alkalmasak a búza esetében a kromoszómadeléciós vonalak. A kromoszómadeléciós vonalak olyan citogenetikai módszerekkel elôállított búzanövények, amelyekben ugyanarról a kromoszómáról egyre hosszabb darabkák törtek le és vesztek el. A megértést segíti a 3/a ábra: az elsô vonalban az 5A kromoszóma hibátlan (intakt), mindhárom marker (M15, M6 és M0) megtalálható rajta. A második, del5AL-6 jelû vonalban az 5A kromoszómapár végérôl letört egy kicsi darab, ezért az M0 marker már hiányzik. A harmadik,

OTKA kutatás: „A hidegadaptálódásban szerepet játszó Cor14b fehérje és a vízoldékony szénhidrátok felhalmozódását reguláló gének finomtérképezése”, nyilvántartási szám: T 34277, kutatóhely: MTA Mezôgazdasági Kutatóintézete Vezetô kutató: Galiba Gábor Részt vevô kutatók: Kerepesi Ildikó, Sutka József, Tóth Balázs, Vágújfalvi Attila

9

Az ivarmirigyek központi idegrendszeri kapcsolatai GERENDAI IDA

Az ivarmirigyek mûködésének idegi szabályozásában a kulcsszerepet az agyalap egy kicsiny, jól körülhatárolt területén, a hipotalamuszban elhelyezkedô idegsejtek által termelt hormon, a gonadotrop hormonreleasing (hormon-kibocsátó) hormon játssza. Ez a hormon az idegvégzôdésekbôl felszabadulva bekerül az agyalapi mirigyet ellátó erekbe, és a luteinizáló NAGYAGYI TERÜLETEK

HYPOTHALAMUS

AGYTÖRZS

AGYALAPI MIRIGY

LH, FSH

BOLYGÓIDEG

GnRH

GERINCVELÔ

IVARMIRIGYEK

1. ábra. Az ivarmirigyek szabályozásának leegyszerûsített sematikus ábrázolása. Az ábra bal oldalán a klasszikus és legfontosabb, hormonok útján közvetített mechanizmust mutatjuk (szaggatott vonalak). (A hipotalamuszban termelôdô hormon, a GnRH szabályozza az agyalapi mirigy két hormonjának, a luteinizáló hormonnak és a follikulusz-stimuláló hormonnak az elválasztását, melyek az ivarmirigyek mûködését szabályozzák.) Az ábra jobb oldalán az ivarmirigyek és az agy közötti idegi összeköttetést tüntettük fel (folyamatos vonalak)

hormont, illetve a follikulusz-stimuláló hormont (FSH)* termelô sejteken hatva fokozza ezen hormonok érpályába való leadását. Az LH és az FSH az érrendszeren keresztül eljut az ivarmirigyekhez és azokban a nemi hormonok termelését, valamint az * Luteinizáló hormon: sárgatest képzôdését segítô hormon, follikulusz-stimuláló hormon: tüszôserkentô hormon.

ivarsejtek (petesejt, hímivarsejt) érését váltja ki. Az utóbbi három évtizedben egyre több adat látott napvilágot arra vonatkozóan, hogy a központi idegrendszer (agy, gerincvelô) nemcsak a fenti me-chanizmus útján, hanem az agy és az ivarmirigyek közötti idegpályán keresztül, idegi úton is képes befolyásolni az ivarmirigyek mûködését (1. ábra). E feltételezett mechanizmus igazolására feltétlenül szükséges volt az idegpálya létének bizonyítása. Az utóbbi évekig nem állt rendelkezésre olyan pályakövetési módszer, mely lehetôvé tette volna egy hoszszú, több idegsejtbôl és az azok közötti kapcsolódásokból – mintegy láncszemekbôl – felépülô idegpálya kimutatását. A közelmúltban bevezetett és általunk is alkalmazott vírusjelölési módszer lényege, hogy bizonyos, idegrendszert megtámadó vírusok a vírusfertôzés során az ugyanazon idegpályához tartozó idegelemek mentén terjednek. Ennek a víruskövetési módszernek a segítségével kívántuk felderíteni a here, illetve egyéb, a hím szaporodási rendszerhez tartozó szervek (mellékhere, ondóvezeték), valamint nôstényben az emlô és a központi idegrendszer közötti idegpályát (2. ábra). Tanulmányoztuk továbbá, hogy egyes reproduktív szervek és a központi idegrendszer közötti idegpálya alkotásában részt vevô komponensekben bekövetkezô változások (roncsolások, átmetszések, megválto-

2. ábra. A vírusjelölési módszer lényegének és a vizsgálatok céljának sémás ábrázolása. A vizsgált szervbe adott vírust (zöld pöttyök) a szervben található idegvégzôdések felveszik, majd a vírus eljut az idegsejt-testbe, ahol elszaporodik, és megfertôzi az idegpályához tartozó valamennyi idegsejtet a gerincvelôben és az agyban

10

zott reproduktív állapot) milyen hatással vannak a vírus által jelzett sejtcsoportok mintázatára, a fertôzött sejtek számára, illetve a hormon- (tesztoszteron-, LH-, FSH-) termelésre.

a

b

c

Eredmények Az idegrendszert támadó vírus herébe való befecskendezése után négy nappal fertôzött idegsejteket (szimpatikus és paraszimpatikus vegetatív sejtek) találtunk a gerincvelô bizonyos, jól meghatározott magasságában és sejtcsoportjában. Ezzel egy idôben fertôzött idegsejtek mutatkoztak a nyúltvelôben elhelyezkedô bolygóideg-magokban. A fertôzés elôrehaladtával további agytörzsi sejtcsoportok, valamint

3. ábra. A bal oldali képen vírusfertôzött idegsejteket mutatunk be a patkány nagyagykérgében (inzuláris kéreg; bekeretezett terület). A középsô ábra sávolt területe az inzuláris kéregroncsolás sémás ábrázolása, a jobb oldali kép LCA-val jelzett területe a roncsolás szövettani képét mutatja

néhány hipotalamikus terület is tartalmazott vírus-jelölt sejteket, majd néhány, a nagyagyhoz tartozó struktúrában is jelentkezett fertôzés. Ezek közül a legkifejezettebb a nagyagykéreg egy jól körülhatárolható területén (inzuláris kéreg) elhelyezkedô idegsejtek vírusfertôzöttsége volt (3. ábra, bal oldali kép). Vizsgáltuk a herével idegi kapcsolatban álló nagyagyi struktúrák közül az inzuláris kéregterület (3. ábSzérum tesztoszteron-koncentráció 20 Jobb álmûtött

Bal álmûtött

Jobb lézió

Bal lézió

15 nmol/l

* 10

5

0 8

8

10

9

4. ábra. Jobb oldali inzuláris kéregroncsolást követôen a szérum tesztoszteronszintje szignifikánsan csökkent. Hasonló beavatkozás a bal oldalon hatástalan volt

5. ábra. Az agytörzs noradrenalint termelô idegsejtcsoportjáról készült fluoreszcens felvétel azután, hogy a vírust ondóvezetékbe adtuk be. A vírusfertôzött idegsejtek zöld (b), a noradrenalint szintetizáló idegsejtek piros (c) fluoreszcenciát, míg a vírusfertôzött, noradrenalint termelô idegsejtek sárga (a) fluoreszcenciát mutatnak a kettôs jelölôdés következtében. (A fluoreszcencia gerjesztéssel kiváltott fénykibocsátás.)

ra) és az agy halántéklebenyében elhelyezkedô, mandula alakú sejtcsoport, az amygdala heremûködés szabályozásában játszott szerepét. Az inzuláris kéreg, illetve az amygdala féloldali sértése befolyásolta a herék tesztoszteron-elválasztását, s ez a hatás a sértés oldaliságától függött (4. ábra). A hím reproduktív rendszer járulékos szerveibe (mellékhere, ondóvezeték) adott vírus némi eltéréssel, de ugyanazon agyi struktúrák idegsejtjeit fertôzte meg, mint a herébe juttatott vírus. A különbséget a gerincvelôben észlelt eltérô mintázat és a nagyagyi struktúrák fertôzésmentessége jelentette. További kísérletekben az ondóvezetékkel idegi kapcsolatban álló agyi sejtcsoportok biokémiai természetét vizsgáltuk. Megfigyeltük, hogy az agytörzsi, noradrenalint termelô magvak egyes idegsejtjei azonosak voltak a vírusfertôzött sejtekkel (5. ábra). Vizsgáltuk a méhszarv központi idegrendszeri beidegzését ivarérett, nem terhes, terhes, illetve szoptató patkányokban. Habár agyi fertôzôdés esetén ugyanazon agyi sejtcsoportok tartalmaztak vírus-jelölt sejteket, a kísérleti csoportok között jelentôs különbség mutatkozott a fertôzött állatok arányában: a szoptató állatok majdnem mindegyike fertôzôdött, míg a vemhes állatoknak csupán igen kis százaléka. A fertôzôdési ráta szoros összefüggést mutatott azzal az ismert jelenséggel, hogy a terhesség alatt az idegelemek gyakorlatilag eltûnnek a méh falából, míg a szoptatás során az idegrostok túlburjánzása figyelhetô meg. Más vizsgálatokban a nôstény emlô felôl fertôzôdô idegsejtek központi idegrendszeri elhelyezkedését tanulmányoztuk, szoptató és nem szoptató patkányban (6. ábra). A jelölôdés mintázata hasonló volt a hím reproduktív szervek központi idegrendszeri kapcsolatainak tanulmányozása során megfigyeltekkel. A szoptatás nem befolyásolta a fertôzést. Tanulmányoztuk, hogy a petefészek és az agy közötti idegi kapcsolat – melynek részleteit már korábban leírtuk – egyik komponense, a bolygóideg átmetszése mennyiben módosítja az agyi vírusfertô-

11

6. ábra. Vírusfertôzött idegsejtek a hipotalamusz két területén – a paraventrikuláris sejtcsoportban (PVN) és a látóideg-keresztezôdés mögötti területen (PCH) – azután, hogy a vírust emlôbe adtuk. 3V: harmadik agykamra

zött sejtek mintázatát. A sértés után a gerincvelôi idegsejtek fertôzöttsége nem változott, a nyúltvelôben elhelyezkedô, bolygóideghez tartozó sejtcso-

portokban pedig a fertôzés teljes egészében hiányzott. Érdekes módon a bolygóideg átmetszését követôen több agytörzsi és hipotalamikus sejtcsoportban csökkent a fertôzött idegsejtek száma. Az adatok arra utalnak, hogy a petefészek beidegzésében részt vevô struktúrák egy része a szimpatikus idegrendszeren (gerincvelôn át vezetô út), más része a bolygóideg közvetítésével (paraszimpatikus rendszer), míg mások a vegetatív idegrendszer mindkét komponense mentén érik el a petefészket. A vírusjelölési módszer segítségével elsôként szolgáltattunk adatokat a vizsgált reproduktív szervek központi idegrendszeri kapcsolatairól, és feltérképeztük azon agyi struktúrákat, melyek feltehetôen részt vesznek ezen szervek mûködésének szabályozásában.

OTKA kutatás: „A gonádok központi idegrendszeri kapcsolatainak strukturális és funkcionális elemzése”, nyilvántartási szám: T 32363, kutatóhely: MTA SE Neuroendokrin Kutatócsoport Vezetô kutató: Gerendai Ida, Semmelweis Egyetem Humánmorfológiai és Fejlôdésbiológiai Intézet Részt vevô kutatók: Banczerowski Péter, Boldogkôi Zsolt, Csaba Zsolt, Csernus Valér, Halász Béla, Medveczky István, Tóth Ida

12

A szorongás gyógyszeres kezelése HALLER JÓZSEF

Laboratóriumi vizsgálatok Megvizsgáltuk azokat a körülményeket, amelyek két ismert és a klinikumban gyakran használt szorongás-

gátló, a benzodiazepinek családjába tartozó klórdiazepoxid és a buspiron hatékonyságát rontják, vagy javítják. A vizsgálatok célpontjában a stressz – szorongás – szorongásgátló interakció állt. A vizsgálatainkban több stresszmodellt alkalmaztunk, amelyek egy részét mi magunk fejlesztettük ki. Minden kísérlet bemutatására itt – természetesen – nincs módunk, ezért három kísérlet eredményeit emeljük ki. Buspiron hatásai a szociális instabilitás modellben Nôstény patkányokban fejlesztettük ki a „szociális instabilitás” szorongás- és stresszmodellt. A modell lényege, hogy az állatokat váltakozva tesszük ki egyedi (elkülönült) és zsúfolt tartási körülményeknek. A modell kifejlesztése azért vált szükségessé, mert a szorongás a nôk körében mintegy kétszer gyakoribb, 20 *

0

3

10 mg/kg buspiron

15 Összidô %-a

A szorongás a stresszel kapcsolatba hozható pszichiátriai betegségek közé tartozik. Gyógyítása részben megoldott: a benzodiazepinek közé tartozó gyógyszerek (pl. a Xanax) a súlyosabb szorongást is gyógyítják, más vegyületek (pl. a buspiron, gyógyszertári nevén Spitomin) elsôsorban a szorongás enyhébb formáiban használatosak, és kifejlesztettek széles spektrumú vegyületeket is (pl. a Prozacot), amelyek enyhébb és súlyosabb esetekben egyaránt alkalmazhatók. E gyógymódok azonban – kétségtelen hasznosságuk ellenére – nem tökéletesek: a benzodiazepineknek kellemetlen mellékhatásai vannak, a buspiron hatásai gyakran elégtelenek, míg a szelektív szerotonin-felvétel gátlók közé tartozó Prozac (fluoxetin) kedvezô hatásai lassan (hetek alatt) alakulnak ki, az átmeneti periódusban pedig gyakran fokozzák a szorongást. Ráadásul a szorongásgátlók csak a betegek 60–70 százalékánál fejtenek ki kedvezô hatást, ami a placebo hatásának alig duplája. Nem véletlen, hogy a szorongást világviszonylatban nagy intenzitással tanulmányozzák. Az ismételt vagy krónikus stressz az idegrendszer mûködésére is hatással van. Vizsgálataink szempontjából különösen jelentôs, hogy a glukokortikoidok – a stresszreakció talán legfontosabb komponensei – hatnak azokra a receptorokra, amelyek a szorongásgátlók idegrendszeri célpontjai. Feltételeztük tehát, hogy a szorongásgátló vegyületek hatásai attól függnek, hogy a kezelés alanya ki van-e téve stressz hatásának, vagy nincs. Az összefüggés jelentôsége – ha létezik – kettôs: az eredményeket fel lehet használni a kezelendô betegek megfelelôbb kiválasztására (így közvetve fokozható az egyes kezelések hatékonysága), a stressz-szorongásgátló hatékonyság közötti összefüggések megismerése pedig hatással lehet az új szorongásgátlók fejlesztésére.

* 10

5

0 Kontroll

Stresszelt

Mozdulatlanság

Kontroll Stresszelt Szociális kontaktus

1. ábra. A szorongásgátló buspiron hatása a „szociális interakció” tesztben, kontroll- és krónikusan stresszelt (szociális instabilitásnak alávetett) nôstény állatokban. Ebben a tesztben a „mozdulatlanság” idôtartama a vegyület szedatív mellékhatásainak mérésére, a szociális interakcióval töltött idô a szorongás mérésére szolgál. A kontrolloknál a szedatív hatás olyan erôs, hogy a szorongásgátló hatás nem érvényesülhet (a buspiron sok laboratóriumi kísérletben hat így). A stresszelt állatokban a szedatív hatás lényegesen kisebb, így a szorongásgátló hatás láthatóvá válik. A krónikus stressznek való kitettség fokozza a szorongásgátló buspiron hatékonyságát

13

A klórdiazepoxid hatásai akut stressz körülményei között A klórdiazepoxid hatását több kísérletben vizsgáltuk; ezek közül egy akut stresszor hatását emeljük ki (2. ábra). A kontrollállatokban a vegyület szedatív hatása minimális volt, és a szorongásgátló hatás érvényesült; az itt alkalmazott akut stresszor megnövelte a vegyület szedatív hatásait, és gátolta a szorongásgátló hatás érvényesülését. Az akut stresszorok tehát 0

3

10 mg/kg klórdiazepoxid

14 *

12 10 8 6

*

4 2 0 Kontroll

Stresszelt

Zárt kari belépések száma

Kontroll Stresszelt Nyílt kar explorációja (idô%)

2. ábra. A szorongásgátló klórdiazepoxid (benzodiazepin) hatása a szorongásra a megemelt keresztpalló tesztben, kontroll- és stresszelt állatokban. A tesztben az állatok egy kereszt alakú „labirintust” vizsgálnak 5 percen keresztül. Két kart falak vesznek körül („zárt karok”), két kart nem („nyílt karok”). Az állatok a zárt karokban érzik biztonságban magukat (az ide való belépések száma a mozgásképesség mérôszáma), míg a félelmet keltô nyílt karok feltérképezése (explorációja) a szorongás mértékét mutatja. A kontrollállatokban nem volt szedatív hatás, így a szorongásgátló hatás érvényesült. A stresszelt állatok ritkábban léptek be a zárt karokba (a stressz tehát szedatívvá tette a vegyületet), ami gátolta a szorongásgátló hatás érvényesülését

c 10 Javulás HAM-A index alapján

mint férfiaknál; a szorongás szempontjából a szociális stresszorok (stresszhatást kiváltó tényezôk) jelentôsebbek, mint a nem szociális stresszorok; a hagyományos szociális stresszmodellek pedig (amelyeket hím állatokon fejlesztettek ki) nem alkalmazhatók nôstény állatoknál. A szorongásgátló buspiron a kontroll- (nem stresszelt) állatokban erôs mozgásgátlást alakított ki, amely teljesen elfedte a szorongásgátló hatást (1. ábra). A korábban elvégzett laboratóriumi vizsgálatok többségében a buspiron hatása hasonló volt, ami e vegyület hatásainak laboratóriumi tesztelését megnehezíti. A stresszelt (szociális instabilitásnak alávetett) állatokban a buspiron szedatív hatása csökkent (csaknem az eltûnésig), aminek következtében a szorongásgátló hatások nyilvánvalóvá váltak. A kifejlesztett modell által tehát lehetôvé vált a buspiron jellegû vegyületek laboratóriumi tesztelése, ugyanakkor az is kiderült, hogy e vegyület hatékonyságát a szociális stressznek való kitettség javítja. E következtetésünk helyességét klinikai vizsgálatokban teszteltük (lásd alább).

18

b a, b a

16 14 12 10 4–6

7–9

10–12

>13

Kombinált támogatottság/betegség index

3. ábra. Buspiron (Spitomin) hatása a szorongásra a betegek életkörülményeinek függvényében. A szorongás mértékét a Hamilton-féle szorongásskálán (HAM-A) mértük, amelyen 6 fölötti érték gyenge, 15 fölötti érték erôs szorongást jelez. A betegek átlagos értéke 20 körül volt. Hathetes buspironkezelés csökkentette a szorongást, a csökkenés mértéke azonban az életkörülményektôl függött. Bizonyos életkörülmények (magyarázat a szövegben) csaknem kétszer akkora javulással jártak, mint más életkörülmények. A különbözô betûkkel jelölt értékek (oszlopok) statisztikailag különbözôk voltak

rontják a benzodiazepin családba tartozó szorongásgátlók hatékonyságát. Klinikai vizsgálatok Szorongásos zavarban szenvedô idôs betegeken két nagy vizsgálatot végeztünk. A vizsgált betegek száma összesen 300 körül volt. Természetesen nem tudtuk olyan könnyen értelmezni, hogy ki van-e téve valaki a stressznek, mint a laboratóriumi állatoknál. Az életkörülmények több szempontos analízise alapján kitûnt, hogy a szorongás kialakulásával és a szorongásgátló buspiron hatékonyságával két tényezô hozható kapcsolatba: a szociális támogatottság, illetve a szubjektív stresszérzet és a betegségek száma. Az elôzô mérôszámát egy kérdôív alapján állapítottuk meg, amely felmérte, hogy a beteg hány emberrel áll kapcsolatban, ezek a kapcsolatok menynyire közeliek (családtag, rokon, szomszéd, ismerôs), illetve azt, hogy a segítség mennyire erôs: milyen élethelyzetre vonatkozik (pl. mindennapi ügyek vagy kritikus helyzetek), és mennyire megbízható (3 pontos skálán). A betegségek számának, mint mérôszámnak a felhasználását két körülmény tette lehetôvé: az alanyok idôs emberek voltak, mindanynyian több betegségtôl szenvedtek, ami alapvetôen meghatározta életérzésüket; és egy irodalomból átvett szubjektív stresszérzet-teszt* jól korrelált a be* Az irodalomból átvett kérdôív arra irányult, hogy felmérje: menynyire érzik a betegek úgy, hogy életük kellemetlen eseményekkel van tele, amelyeket nem tudnak kontroll alatt tartani.

14

tegségek számával. A betegek szorongása annál erôsebb volt, minél kisebb volt a szociális támogatottságuk, illetve minél erôsebb volt szubjektív stresszérzetük és minél több betegségben szenvedtek. A buspiron szorongásgátló hatékonysága ugyanezen tényezôktôl függött: a gyógyszer erôsebben hatott azoknál, akiknek a szociális támogatottsága nagyobb volt, és több betegségben szenvedtek (ezért úgy érezték, hogy erôs stresszhatásoknak voltak kitéve). A 3. ábrán a buspiron-kezeléssel elért javulás mértéke, valamint egy összetett szociális támogatottság/ betegség index összefüggését ábrázoltuk. Jól látható, hogy ugyanaz a gyógyszer ugyanabban a dózisban kétszer hatásosabb volt szociálisan támogatott és stressz hatásainak kitett betegeknél, mint szociálisan nem támogatott, de fizikailag viszonylag egészségesebb betegeknél. Fontos megjegyeznünk, hogy a kezelés elôtt a szorongás erôssége nem különbözött a csoportoknál.

Összegzés A szorongásgátlók hatékonysága erôsen függ attól, hogy az alany milyen életkörülmények között él, pontosabban mennyire van kitéve stressz idôleges vagy krónikus hatásainak. Ebbôl két következtetést lehet levonni: (1) a jelenleg használatban levô szorongásgátlók hatékonyságát növelni lehet megfelelô kezelés-választással (ennek pontosabb felmérése még elvégzendô feladat); (2) az új szorongásgátló vegyületek fejlesztésénél figyelembe kell venni a stressz hatását, mint a vegyület hatékonyságát befolyásoló faktort. E viszony figyelembevételével fejlesztett gyógyszerek hatékonysága valószínûleg magasabb lesz, mint a jelenlegieké.

OTKA kutatás: „Szorongásgátlók magatartási és neurális hatásai a szorongást elôidézô faktor, valamint a szorongásteszt körülményeinek függvényében”, nyilvántartási szám: T 32345, kutatóhely: MTA Kísérleti Orvostudományi Kutatóintézet Vezetô kutató: Haller József Részt vevô kutatók: Barsvári Beáta, Baranyi Johanna, Halász József, Mejercsik Eszter, Mikics Éva

15

Egészséges marhahús HOLLÓ GABRIELLA

Az utóbbi évtizedekben a fejlett országokban a túlzott kövérség, a diabétesz, a szív- és érrendszeri, valamint a rákos megbetegedések számának ugrásszerû növekedésével az érdeklôdés homlokterébe került az egészségmegôrzô táplálkozás. Emiatt a húsminôséggel szemben támasztott fogyasztói igények is átalakultak. Az étrendben ajánlatos a zsírok, ezen belül a több telített zsírsavat tartalmazó változatok fogyasztásának csökkentése, míg ajánlott a többszörösen telítetlen zsírsavakban – fôleg az n-3 vagy omega-3 zsírsavakban és az ún. konjugált linolsavban – gazdag húsok fogyasztása. A megváltozott igényeknek megfelelôen napjainkban valamennyi állatfaj húsa a korábbinál kevesebb zsírt tartalmaz, és próbálkoznak a hús zsírsavösszetételének módosításával is. A zsírsavösszetétel megváltoztatására az egyes állatfajokban eltérô esély kínálkozik. A monogasztrikus (együregû) gyomrú állatok esetében a takarmányból felvett zsírok változatlan formában beépülnek a szövetekbe, ezzel szemben a kérôdzôk (többüregû gyomrú állatok) húsában az akkumulálódó zsírsavak eltérnek a takarmányból felvett zsíroktól. Ennek az az oka, hogy a bendô mikroorganizmusai egyrészt bontják a takarmányzsírokat, másrészt az ún. biológiai hidrogénezés során a telítetlen zsírsavakat telített zsírsavakká alakítják. Emiatt a kérôdzôk húsa nagy mennyiségben tartalmaz koleszterinszintet növelô telített zsírsavat, és a többszörösen telítetlen és telített zsírsavak aránya a táplálkozási szempontból kívánatos 0,45 helyett 0,1 körüli. Ugyanakkor e folyamat eredményeként keletkezik a fôként csak a kérôdzôk termékeiben (hús, tej) elôforduló konjugált linolsav is, melynek számos pozitív hatása van. A megváltozott táplálkozási igényeknek megfelelô marhahús termelése nagy kihívást jelent mind az állattenyésztôk, mind az élelmiszer-elôállítók számára. Alapvetô kérdés, hogyan változtatható meg a marhahús zsírsavösszetétele úgy, hogy a termék kedvezôen befolyásolja a fogyasztó egészségi állapotát, elôál-

lítása biztonságos, természetes legyen, helyi fajtákon és takarmánybázison alapuljon. A hazai szarvasmarha-fajták húsának zsírsavösszetételérôl nincsenek adataink. Ezért kutatómunkánk során célul tûztük ki, hogy meghatározzuk a fontosabb hazai szarvasmarha-fajták húsában a zsírsavösszetételt, és megállapítsuk, hogyan hatnak a genetikai (fajta, ivar) és környezeti (takarmányozás) tényezôk a zsírsavösszetételre. Az 1. kísérletben azt vizsgáltuk, hogyan hat az extenzív és az intenzív takarmányozás a hagyományos (magyar szürke) és a specializált hasznosítású (holstein-fríz) hízóbikák húsának zsírsavösszetételére a humántáplálkozás szempontjából. Az extenzív csoportok takarmányozása legelôfûre és fûszenázsra, 2 kg abrakra (a hizlalás utolsó hónapjában 3 kg abrak és 1 kg lenmagdara), az intenzív csoportok hizlalása pedig a hazai gyakorlatban elterjedt módon kukoricaszilázsra, rétiszénára és 4 kg (a hizlalás utolsó hónapjában 6 kg) abrakra alapozódott. Az extenzíven takarmányozott holstein-fríz és a magyar szürke hízóbikák húsában a többszörösen telítetlen zsírsavak szignifikánsan nagyobb arányban

Magyar szürke bikák

16

fordultak elô, mint az intenzív csoportokéban. A többszörösen telítetlen zsírsavakon belül két zsírsavcsoportot szokás elkülöníteni aszerint, hogy a molekula metilcsoportjának végétôl számítva az elsô kettôs kötés hányadik szénatomnál található. Ennek alapján n-3 és n-6 – vagy a régebbi elnevezés szerint omega-3 és omega-6 – zsírsavakat különböztetünk meg. Táplálkozás-élettani szempontból az n-6 zsírsavcsoportba tartozó linolsav és az n-3 zsírsavcsoportba tartozó linolénsav a fontosabbak, mert mindkét zsírsav esszenciális: ezeket a zsírsavakat az állati szervezet nem tudja elôállítani, ezért számára nélkülözhetetlenek. Jelentôségüket tovább növeli az is, hogy további zsírsavak keletkeznek belôlük. A táplálkozási kísérletek igazolták, hogy a táplálékkal felvett n-6 és n-3 zsírsavak versengenek a sejtmembránba való beépülésért. A kompetíció elkerülése érdekében a linol- és linolénsavnak, valamint az n-6 és az n-3 zsírsavaknak meghatározott arányban kell szerepelniük a táplálékban. A megfelelô arány 4:1. A magyar szürke fajtájú állatok esetében a linolsav és linolénsav aránya a húsban a táplálkozás szempontjából kedvezôbb, mint a holstein-fríz fajta esetében (1. ábra). Extenzív takarmányozással ez az arány a holstein-fríz fajtánál 4:1-re, a magyar szürke

közel 0,1 százalékkal több konjugált linolsavat tartalmazott, mint a holstein-fríz fajtájú bikáké. Ugyanakkor az extenzíven hizlalt csoportokban a holstein-fríz fajta esetében kétszeresére, a magyar szürke fajta esetében közel két és félszeresére nôtt a konjugált linolsav mennyisége a húsban. 12

n-6/n-3 C18:2/C18:3

10

8 6

4 2

0 HF

MSz

HF

intenzív n-6/n-3 C18:2/C18:3

MSz extenzív

9,27

6,24

3,61

2,86

10,93

8,92

3,79

3,36

1. ábra A linol- és linolénsav (C18:2/C18:3), illetve az n-6 és n-3 zsírsavak aránya az egyes csoportokban

Holstein-fríz bikák (a kép elôterében)

esetében 3:1-re csökkent – az intenzíven hizlalt csoportok 10:1, illetve 9:1 arányához képest. Az n-6 zsírsavak fokozott felvétele a trombózis, valamint a szív- és érrendszeri megbetegedések kialakulását elôsegíti, ezzel szemben az n-3 zsírsavak fontos szerepet játszanak az elôbbi megbetegedések megelôzésében és kezelésében. A két fajta között az n-6 zsírsavak aránya szignifikánsan eltért: a magyar szürke bikák húsa kevesebb n-6 zsírsavat tartalmazott mindkét takarmányozási csoportban, ezért az n-6 és n-3 zsírsavak aránya – a humántáplálkozás szempontjából – a magyar szürke fajta esetében volt kedvezôbb. Adataink szerint a magyar szürke fajtájú hízóbikák húsa intenzív takarmányozás esetében is

A 2. kísérletben charolais fajtájú vágóállatoknál vizsgáltuk az ivartalanítás hatását a marhahús zsírsavösszetételére, azonos takarmányozási technológia mellett. A charolais bikák hosszú hátizma szignifikánsan több telített zsírsavat, ugyanakkor kevesebb telítetlen zsírsavat tartalmazott, mint a tinóké. Ezért a charolais tinók zsírsavösszetétele táplálkozás-élettani szempontból tekintve elônyösebb. Ezt igazolja a többszörösen telítetlen zsírsav és a telített zsírsav aránya is, ami a tinókban a kívánatos értéket megközelíti (0,43), míg a bikáké ennél kisebb (0,3). Az n-6 és n-3 zsírsavak aránya a tinókban ugyan kedvezôbb, de a takarmányozás (kukoricaszilázs + abrak) miatt a kívánatos n-6/n-3 aránynál nagyobb. A 3. kísérletben azt elemeztük, hogyan hat az n-3 zsírsavban gazdag (lenmagdarás) abrakkiegészítés magyartarka és holstein-fríz fajtájú növendékbikák húsának zsírsavösszetételére. A hizlalás utolsó két hónapjában a lenmagdarás kiegészítéssel táplált csoportok húsa szignifikánsan több n-3 zsírsavat tartalmazott. Emiatt az n-6 és n-3 zsírsavak aránya a kívánatos 1:5-re csökkent – a kontrollcsoportok 1:13, illetve 1:14 arányához képest. A lenmagdara kiegészítés hatására mindkét fajtában közel 1,5-szeresére nôtt a konjugált linolsav mennyisége, de emellett a magyartarka fajta húsa szignifikánsan több konjugált linolsavat tartalmazott.

17

Új ismeretek A takarmányozásnak jelentôsebb hatása van a marhahús zsírsavösszetételére, mint a fajtának. A marhahúsban a többszörösen telítetlen és telített zsírsavak aránya elmarad a táplálkozás szempontjából kívánatos értéktôl, ha a hazai gyakorlatban elterjedt takarmányozási módszert (kukoricaszilázs) használjuk. Az extenzív – legelôfûre, fûszenázsra alapozott – takarmányozás viszont kedvezôen befolyásolja a hús zsírsavösszetételét. A hizlalás utolsó hónapjaiban lenmagdara etetésével jelentôs mérték-

ben növelhetô a húsban az n-3 zsírsavak mennyisége és megduplázható a hús konjugált linolsav-tartalma. A tinók húsa kevesebb telített zsírsavat és szignifikánsan több n-3 zsírsavat tartalmaz, mint a bikáké, ami a humántáplálkozás szempontjából kedvezôbb húsminôséget jelent. Az eredmények alapján kidolgozható egy olyan hústermelési stratégia – legeltetéses tartás, lenmagdarával kiegészített abrak, tinóhizlalás –, melynek révén a jelenlegi humántáplálkozási irányelveknek és a fogyasztók igényeinek megfelelôbb marhahús állítható elô.

Magyartarka bikák

OTKA kutatás: „Egészséges marhahús – A fajta és a takarmányozás hatása a marhahús zsírsavösszetételére”, nyilvántartási szám: F 42684, kutatóhely: Kaposvári Egyetem Diagnosztikai és Onkoradiológiai Intézet Vezetô kutató: Dr. Holló Gabriella Részt vevô kutatók: Pohn Gabriella, Vargáné Dr. Visi Éva, Zándoki Rita

18

Jeltovábbítási terápia KÉRI GYÖRGY

Az utóbbi években a sejtek mûködésének és együttmûködésének jobb megismerése révén közelebb jutottunk a rák elleni harc optimális stratégiájának kidolgozásához. Ehhez meg kellett értenünk, hogy a kommunikáció a sejtközösségek életében legalább olyan fontos szerepet játszik, mint az emberi társadalomban. Egy normál sejt a szervezetben csak akkor osztódik, ha erre a rendszerbôl üzenetet kap (növekedési faktorok, vagy például sejten kívüli mátrixfehérjék közvetítésével). A tumorsejt, illetve számos proliferációs kórképben vagy gyulladásos folyamatban részt vevô sejt ugyanakkor utánozza ezt az üzenetet, azaz hamis kommunikációt végez. A kérdés az, hogy mitôl kezd egy vagy több sejt hamisan kommunikálni. Sokféle külsô és belsô hatás vezethet a sejtek hibás mûködéséhez, ronthatja el vagy zavarhatja meg a sejtek egy csoportjának kommunikációs rendszerét. Az egészséges szervezetben a „tiszta kommunikáció” az egész jelhálózat összehangolt mûködését jelenti.

Ha egy sejt tumorossá válik, a jelrendszerek finom egyensúlya felborul. A tumorsejt mûködése során az onkogének (rákkeltô anyagok) aktiválódnak, az ôket féken tartó antionkogének mûködése pedig visszaszorul, elnyomódik. A meghibásodott sejt hamis proliferációs jeleket kelt, majd ezeket önmagára értelmezve osztódni kezd, és a folyamat (az állandó proliferációs jelek hatására) mutációk akkumulációja révén láncreakció-szerûen halad tovább. A tumorsejt tehát jelfüggô, s ha sikerrel blokkoljuk a jeltovábbítási folyamat valamelyik lépését, elérhetjük a rákos sejt pusztulását. A hibásan mûködô sejtek osztódását, egyre nagyobb mértékû elszaporodását „negatív evolúciós folyamatnak” tekinthetjük, melynek során a természetes védekezô folyamatoknak egyre jobban ellenálló sejtek keletkeznek. A tumorok kifejlôdésekor megbomlik az addig összehangoltan mûködô sejttársadalom rendje, a „kommunisztikus elvek” (szükséglet szerint kapott táplálék; az adottságok alapján Komplex terápiás megközelítés Sejtek közötti kommunikáció Immunterápia Sejten belüli kommunikáció

Differenciáció, illetve programozott sejthalál indukálása

Túlélési jelek (alap növekedési faktor jelek)

Tumorterápia – jeltovábbítási terápia

19

Permanens proliferációs jel (túlélési jel)

Kontrollálatlan proliferáció Mutációk növekvô valószínûsége (8–10 esemény) Halhatatlansághoz vezetô negatív evolúció: A halálprogram elvesztése!

Tumoros transzformáció

ellátott feladatok; közben magas rendû kölcsönös kommunikáció) alapján együttmûködô sejtközösségben érvényre jut a szélsôséges individualizmus, a tumoros sejtek csak a saját szaporodásukkal, halhatatlanságukkal törôdnek, a kommunikáció pedig belsô monológra, a sejtosztódás hamis parancsára redukálódik. (Ezt a parancsot, amint már említettük, a sejtek maguknak adják, figyelmen kívül hagyva a szervezet sajátos igényeit.) A kommunikációs csatornákat a tumoros sejt lezárja, mivel a számára most már el-

lenséges környezetben csak a „saját hangját akarja hallani”. A tumoros folyamat során kikapcsolódik az önkéntes sejthalál (apoptózis) mechanizmusa is. Az utóbbi idôk kutatásai során egyre nagyobb figyelem fordult a sejten belüli, illetve a sejtek közötti kommunikáció felé, s úgy tûnik, hogy a betegségek 85 százalékát valamilyen kommunikációs zavar okozza, hiszen a kórokozók ugyancsak a kommunikációs rendszert károsítják, illetve „csapják be” valamilyen módon. Hogyan befolyásolhatjuk ezeket a folyamatokat? A jeltovábbítás legfontosabb enzimei a kinázenzimek. Ma már mintegy 500-féle kinázenzimet ismerünk. Ha sikerül olyan gátlószert találni, amely csak a rákos sejtre jellemzô kinázokat gátolja, lezárhatjuk a hamis kommunikációs csatornát, s így szelektíven pusztíthatjuk el a tumoros sejtet. Blokkoló ágensként – több ezer anyag tervszerû elôállításával és tesztelésével – sikerült néhány kis molekulájú anyagot, úgynevezett peptidomimetikumot kifejlesztenünk, amelyek a kívánt módon befolyásolják a jelátviteli folyamatokat. E kisméretû molekulák könynyen behatolnak a sejt belsejébe. Mivel hasonlítanak a peptidekre, sikerül „átejteniük” a fogadómolekulákat, majd a jeltovábbító fehérjemolekulák blokkolásával leállítják a sejtosztódást és elpusztítják a tumorsejteket. Kimutattuk ugyanis, hogy ezek a jeltovábbítást gátló molekulák beindítják a programozott sejthalál felfüggesztett mechanizmusát a tumorsejtek esetében. Ez újabb reményt ad a szelektív rákellenes szerek kifejlesztésére.

OTKA kutatás: „Antitumor hatású és jeltovábbítást gátló peptidomimetikus molekulák elôállítása racionális hatóanyag-tervezéssel és hatástani vizsgálatok”, nyilvántartási szám: T 32415, kutatóhely: Semmelweis Egyetem MTA Peptidbiokémiai Kutatócsoport Vezetô kutató: Kéri György Részt vevô kutatók: Dobos Zsófi, Halgass Balázs, Horváth Anikó, Idei Miklós, Ôrfi László, Seprôdi Attila, Székelyhidi Zsolt, Vántus Tibor

20

A növényi betegségek és a káros oxigénfajták KIRÁLY ZOLTÁN

Elôzetes vizsgálataink és a világ néhány növénypatológiai laboratóriumának eredményei alapján joggal lehetett arra következtetni, hogy a növényi betegségtünetek kialakításában központi szerepe van a káros, ún. reaktív oxigénfajtáknak. Elôzôleg már azt is ismertük, hogy sok humán és állatbetegség esetében is szerepet játszanak a reaktív oxigénfajták (ilyenek például a szív- és érrendszeri betegségek, az ízületek betegségei, az idegi károsodások, a szem szürkehályogja). Ezek a káros oxigénfajták – igen kis mennyiségben – az egészséges növényi és állati szervezetekben is képzôdhetnek, de közömbösítik ôket az antioxidánsok (az oxidációt gátló vagy késleltetô anyagok). Ha azonban stressz vagy fertôzés éri a szervezetet, a reaktív oxigénfajták felszaporodnak, és az antioxidánsok nem képesek közömbösítô hatásukat kellôen érvényesíteni. Az eredmény: betegség vagy káros stresszhatás. Kutatásainkban mintegy másfél évtizede nagy segítséget nyújt az OTKA támogatása. A világon elsôként mutattunk rá arra, hogy a baktériumokkal szemben ellenálló növényben az ellenállósági reakció

Károsodott levél

kapcsolatos egy reaktív oxigénfajta, a szuperoxid képzôdésével. Késôbb kimutattuk, hogy több baktériumos betegség esetén a rezisztencia a szuperoxid és a hidrogén-peroxid baktériumölô hatásától függ. Az antioxidánsok szerepére ugyancsak mi hívtuk fel elsôként a figyelmet a növénypatológiai irodalomban, amikor igazoltuk, hogy a növények betegségei és stresszkárosodásai során keletkezô káros oxigénfajtákat ellensúlyozni lehet a nagy antioxidáns-kapacitású növények nemesítésével és termesztésével. A nemesítés azt jelenti, hogy in vitro szöveti szelekcióval olyan sejteket különítünk el, amelyeknek nagy az antioxidáns-aktivitása. Ezekbôl a sejtekbôl kalluszszövetet (hegszövetet), majd egész növényt regenerálunk, amely csökkenti a fertôzések és a stressz következtében felhalmozódó káros oxigénfajták betegségeket elôidézô hatását, vagyis ellenállóvá teszi a növényt.

Az antioxidánsok hatása Újabb kutatásaink elsôsorban az antioxidánsok rezisztenciában vitt szerepét tisztázzák, illetve újabb rezisztencia-nemesítési eljárások kidolgozását tûzték ki célként. Kimutattuk, hogy az ún. szisztemikus szerzett növényi rezisztencia összefügg a szisztemikus módon másodlagosan felhalmozódó, illetve aktiválódó antioxidánsok növényi sejtelhalást gátló hatásával. Nagy antioxidáns-kapacitású kukoricát és burgonyát is elôállítottunk. Tisztáztuk, hogy egy nem rasszspecifikus rezisztenciaforma, az mlo gén kódolta ellenálló képesség egy antioxidáns (a peroxidáz) rendkívüli aktivitásával függ össze. Ez a rezisztencia az európai árpafajták esetében több mint 70 éve stabilisnak mutatkozik a lisztharmat-fertôzéssel szemben. Legújabb pályázati munkánk azt a célt tûzte ki, hogy két antioxidáns enzimet kódoló gént (szuperoxid-dizmutázt és katalázt) ültessünk be a dohánynövénybe, és az így elôállított transzgenikus növény

21

betegség-ellenállóságát tisztázzuk. A nagy antioxidáns-kapacitású növény feltehetôleg rezisztens lesz nekrózisos (szövetelhalási) tüneteket okozó patogénekkel szemben. Mindkét gén természetes körülmények között is elôfordul minden aerob élôlényben, de a transzgenikus növényben képzôdése fokozódik. Másik újabb kutatási irányzatunk során bizonyos növényeket immunizálunk olyan kórokozókkal szemben, amelyek szövetelhalásokat idéznek elô a nö-

vényben. Az elôzetes eredmények azt mutatják, hogy ha igen kis töménységû reaktív oxigénfajtával, pl. hidrogén-peroxiddal kezeljük a növények leveleit, az enyhe károsítás beindítja a növény antioxidációs aktivitását, és ez a hatás ellenállóvá teszi a leveleket egy késôbbi, azaz másodlagos fertôzéssel szemben. Az antioxidáns-kapacitás fokozásával mintegy immunizálni tudjuk a növényeket olyan patogénekkel szemben, amelyek szövetelhalási tünettel együtt járó betegségeket idéznének elô.

OTKA kutatás: „Antioxidáns gének mRNS-szintû expressziójának kapcsolata a növényi vírus- és herbicidrezisztenciával”, nyilvántartási szám: T 37341, kutatóhely: MTA Növényvédelmi Kutatóintézete Vezetô kutató: Király Zoltán Részt vevô kutatók: Barna Balázs, Fodor József, Gullner Gábor, J. Y. Hafez, Király Lóránt, Künstler András

22

A fióka-örökbefogadás LENGYEL SZABOLCS

Több mint kétszázharminc madárfajról ismert, hogy a szülôk saját fiókáik mellé idegen fiókákat fogadnak örökbe. E viselkedés „elsô ránézésre” evolúciós szempontból nehezen magyarázható, hiszen az idegen fiókákra fordított szülôi gondozás elvileg csökkenti a saját fiókákra fordítható gondozást. A nagyobb élettani-energetikai költségek miatt így a viselkedésnek a természetes szelekció mûködése miatt – mivel a kevesebb saját fiókát létrehozó egyedek kevesebb fiókával lesznek jelen a következô generációban – az evolúció során el kellett volna tûnnie. A fióka-örökbefogadásnak azonban elsô ránézésre nem nyilvánvaló elônyei is lehetnek. A nagyobb családméret például elônyös lehet, ha a ragadozók jelentôs pusztítást végeznek az utódok között. Minél több idegen fióka van ugyanis egy családban, annál kisebb annak az esélye, hogy a ragadozó a szülô saját genetikai utódját pusztítja el. Ezen elképzelést támogatta néhány récefajnál végzett vizsgálat, melyek szerint az egyesült családokban növekedik a fiókák túlélése a kisebb családokhoz képest. Egyes lúdfajoknál azonban a családméretnek rangjelzô funkciója is van, mivel a több fiókával rendelkezô szülôk agresszívebbek, dominánsak a kevesebb fiókás szülôkkel szemben. Magasabb dominanciájuk révén a több fiókát vezetô párok jobb táplálkozóterületeket foglalhatnak el, mint a kisebb családok. Az örökbefogadást azonban kezdeményezheti maga a fióka is, ha saját családjában nem kap megfelelô szintû gondozást. Egyes sirály- és csérfajoknál például az utolsóként kelô és testvéreiknél kevesebb táplálékot kapó fiókák más családokba vándorolhatnak, ahol – ha az etetési rangsorban magasabb helyet tudnak elfoglalni, mint saját családjukban – megfelelô gondozást kaphatnak. A jelen kutatásban a fenti hipotéziseket vizsgáltuk egy telepesen költô, földön fészkelô partimadárfajnál, a gulipánnál (Recurvirostra avosetta). E fajnál a telepeken belüli fészkek szinkronizáltsága miatt gyakori a fiókák keveredése, illetve idegen szülôk ál-

tali befogadása. Ugyanakkor a felnevelt fiókák számát leginkább a kelést követô 8–10 napban jelentôs fiókamortalitás korlátozza. E két körülmény a fajt különösen érdekessé teszi a fióka-örökbefogadás evolúciójának megértése szempontjából. A Kiskunsági Nemzeti Parkban és környékén 1998 és 2000 között gyûjtött adataink szerint a fiókaörökbefogadások mintegy kétharmada a költôtelepeken alakult ki, s a családok több mint egyötöde tartalmazott átlagosan mintegy 1,7 idegen fiókát. Az ily módon megnövekedett családokból nemcsak több fióka érte meg az önállóvá válást (35 napos kort), hanem a befogadó szülôk is több saját (genetikai utód) fiókát tudtak felnevelni, mint a nem befogadó vagy a fiókájukat adoptálás miatt elvesztô szülôk. A megnövekedett családméret további elônyeire utal a családméret és a táplálkozóterület minôsége közötti pozitív összefüggés, miszerint a nagyobb családok táplálékban gazdagabb territóriumokat foglalhattak el, mint a kevesebb fiókával rendelkezô családok. A fenti eredményeket azonban magyarázhatjuk úgy is, hogy valójában csak a fiókákat befogadó

Fészkére kotlani ülô gulipán

23

szülôk jobb minôsége számít, azaz a „jó” szülôk fogadnak be fiókákat, foglalnak el jobb territóriumokat és nevelnek fel több fiókát, míg az adoptálás közvetlen hatása nem jelentôs. Az adoptálás közvetlen hatását ezért 1999-ben egy olyan terepi kísérletben vizsgáltuk, melyben egyes családok méretét megnöveltük, másokét csökkentettük, és a szülôi „minôség” hatását a kísérleti alanyok (családok) véletlenszerû választásával kiiktattuk. A kísérlet legfontosabb eredménye szerint azokon az élôhelyeken, ahol a ragadozók jelentôs fiókapusztulást okoztak, a megnagyobbított családokból több fióka repült ki, mint a kontrollcsaládokból. A kísérlet így bizonyítékot szolgáltatott arra, hogy a családméretnek a szülô minôségétôl függetlenül is lehet hatása a fiókák túlélésére, mégpedig éppen olyan esetekben, amikor a családok jelentôs predációnak vannak kitéve.

A gulipán fiókái fészekhagyók, kelés után néhány órával önálló mozgásra és táplálkozásra képesek. A fiókákat kelésük után színes gyûrûkkel egyedileg jelöltük

korai fiókavezetési idôszakra „kimerülhettek”. A kísérlet legfontosabb eredménye azonban az volt, hogy a megnövelt fészkû párok ugyanannyi vagy kevesebb fiókát neveltek fel, mint a kontrollpárok. A kísérlet révén elmondhatjuk, hogy a szokásos, négy tojásnál nagyobb fészkek kotlásának lehetnek olyan energetikai-élettani költségei, melyek meggátolják azt, hogy a nagyobb családméret elônyeit a szülôk kiaknázhassák. Összegzésképpen megfogalmazható, hogy ha a nagyobb családméret elônyös, de a plusztojások rakása és/vagy kotlása költséges, akkor elképzelhetô, hogy a fiókák örökbefogadása azért gyakori a fészekhagyó madarak körében, mert anélkül növeli meg a családméretet, hogy a plusztojásokkal kapcsolatos költségeket a madár elszenvedné. Ily módon az adoptálás révén a befogadó párok több fiókát nevelhetnek, így magasabb szaporodási sikerre tehetnek szert, ezért a viselkedés evolúciós szempontból elônyös lehet. A kutatás példával szolgál arra, hogy az ökológiai és szociális rendszer keretei között hogyan maradhat fenn olyan viselkedés, mely alacsony vagy nem létezô költségei, ám potenciálisan jelentôs nyereségei révén szaporodási elônyöket nyújthat az egyedeknek. A kutatás az adoptálásra javasolt hipotézisek ellenôrzésével hozzájárul a fióka-örökbefogadás megértéséhez egy eddig nem tanulmányozott, speciális ökológiai és életmenet-tulajdonságokkal rendelkezô madárcsoportnál. Ily módon a kutatás új ismeretekkel szolgált az utódgondozás különleges formáinak értelmezéséhez, s ezáltal alapvetô evolúcióbiológiai, illetve viselkedésökológiai ismereteink gyarapodásához.

Ha a nagyobb családméret elônyös, akkor vajon miért nem rak a szokásos négynél több tojást a gulipán? E kérdés vizsgálatára 2000-ben egy másik terepi kísérletet végeztünk, melynek során a fészkek mintegy harmadában megnöveltük a tojások számát más élôhelyeken pusztulással fenyegetett és természetvédelmi szakemberek által begyûjtött tojások kihelyezésével. Eredményeink szerint a megnövelt fészkekbôl több fióka kelt ki, mint a kontrollokból, ám meglepô módon a nagyobb családokat vezetô kísérleti szülôk rosszabb táplálkozóterületeket foglaltak el, és több idôt töltöttek táplálkozással, mint a kontrollpárok. Az eredmények arra utaltak, hogy a plusztojások kotlása magasabb energetikai-élettani költségekkel járt, melyek miatt a kísérleti párok a

Színes gyûrûkkel megjelölt, kirepült gulipánfiókák (a szerzô felvételei)

OTKA kutatás: „Rokonszelekció és territórium-minôség: a fióka-örökbefogadás populációbiológiai és ökológiai-környezeti háttere a gulipánnál”, nyilvántartási szám: T 30403, kutatóhely: Debreceni Egyetem Evolúciós Állattani és Humánbiológiai Tanszék, Ökológiai Tanszék Vezetô kutató: Lengyel Szabolcs Részt vevô kutatók: Lewis W. Oring, C. Richard Tracy, Székely Tamás, Barta Zoltán, Lippai Kitti, Lontay Beáta, Pigniczki Csaba, Soltész Anita, Somogyvári Orsolya, Tôgye János

24

Talajok vízgazdálkodásának becslése RAJKAI KÁLMÁN

A biztonságos mezôgazdasági termés tervezésében – az egyre változékonyabb idôjárás miatt – mind nagyobb hangsúlyt kap a talajok vízgazdálkodási tulajdonságainak feltérképezése. A talajok a csapadék növénytermesztési hatásait vízgazdálkodási jellemzôik szerint alakítják – kivédik, enyhítik vagy tovább rontják. A talajok vízgazdálkodási tulajdonságaira a talajtérképi információk alapján is következtethetünk. A vízgazdálkodási értékek felhasználási lehetôségeinek bemutatása érdekében a bodrogközi régió agyagos réti és idôszakosan nedves lápréti talajait vontuk be kutatásunkba. A mindenki számára elérhetô, 1:25 000 méretarányú Kreybig-térképlapok csupán általános adatokat tartalmaznak a vizsgált bodrogi terület esetében: a térképezés idejében alkalmazott földhasználatról, a talaj mechanikai összetételérôl, humusz- és mésztartalmáról, kémhatásáról tájékoztatnak. Annak érdekében, hogy a mintaterületrôl minél több talajtani információt szerezzünk, a Kreybigtérképen kívül a területen található hét TIM*-talajszelvény közül három mért adatait is felhasználtuk (az 1. ábrán ezek I3905, I4705 és I4405 jelzéssel szerepelnek). OTKA-kutatásunk során e talajszelvények közelében – a Kreybig-talajfoltok jellemzésére – a talaj felsô rétegébôl ugaron és kukoricaföldön 52 helyen eredeti szerkezetû talajmintát gyûjtöttünk. A minták elhelyezkedése az 1., a mintagyûjtés a 2. ábrán látható. A talajok vízgazdálkodását víztartó és vízvezetô képességük határozza meg. A víztartó képesség azt mutatja meg, hogy mennyi víz tározódhat, a vízvezetô képesség pedig azt, hogy a talajra hulló csapadék vagy öntözôvíz milyen sebességgel szivárog be és áramlik a talajban. A TIM-talajszelvények rétegeinek a víztartó képességét, a területen gyûjtött talajmin-

* Talajinformációs és Monitoring Rendszer.

táknak pedig a vízvezetô képességét, tömôdöttségét, humusztartalmát és szemcseméretét laboratóriumban mértük. További információként 25 olyan geológiai mélyfúrás adatait használtuk, amelyek az I3905 TIM-szelvénytôl mintegy 350 méterre délre, egy körülbelül 500 méter átmérôjû területen helyezkedtek el. A talajtanban és a mûszaki gyakorlatban – költségkímélés és idônyerés céljából – a mérések helyett megalapozott összefüggéseken alapuló becsléseket alkalmazhatnak. A mélyfúrások felszíni rétegének vízvezetô képességét a szemcseösszetétel adataiból becsültük. A becsléshez az OTKA-kutatás során kidolgozott programot (TALAJTANonc 1.0) alkalmaztuk. A talajmintákon mért és a becsült vízvezetôképesség-értékeket az I3905-ös TIM-szelvény közelében a kis vízvezetô képességû, erôsen víztartó és repedezô, nem karbonátos réti talajra mutatjuk be. A felhagyott ugaron gyûjtött 17 talajminta mechanikai összetétele agyag (44,1%), nem tömôdött, azaz laza szerkezetû; a mért vízvezetô képesség értékeinek átlaga 1064 cm·nap–1, a becsült értékeké pedig 270 cm·nap–1. A mintavételi helytôl mintegy 500 méterre található geológiai fúrások vízvezetô képességének átlaga 45 cm·nap–1. A mért értékek egy nagyságrenddel nagyobbak a becsülteknél. Ennek az a magyarázata, hogy a becslések a talajban található giliszta- és gyökérjáratok, valamint egyéb eredetû repedések jelenlétét nem veszik – nem vehetik – figyelembe. A talajtanosok úgy tekintik, hogy a becsült vízvezetô képesség a talaj nagyobb járatok nélküli anyagára, vagyis a talaj makropórus nélküli szövetére érvényes. A vízvezetô képességen kívül a mintaterület talajainak víztartó képességét is mértük és becsültük. A becsléshez a Talajtani és Agrokémiai Kutatóintézetben mért víztartóképesség-adatokat, valamint a Növény- és Talajvédelmi Központi Szolgálat TIMadatbázisának adatait használtuk, amelyeken – különbözô megoldásokkal – a víztartó képességet

25

TIM pont Kreybig reprezentatív szelvény Terepi mintavétel

Igen nagy vízvezetô képességû, gyengén víztartó talajok Nagy vízvezetô képességû, még jó víztartó talajok Jó víztartó és vízvezetô képességû talajok Közepes vízvezetô képességû, a vizet erôsebben tartó talajok Gyenge vízvezetô képességû, a vizet erôsen tartó, erôsebben repedezô talajok Jó vízvezetô képességû, a vizet igen erôsen tartó talajok Köves Kavicsos Szikes Tôzeges talajok Idôszakosan vízállásos, vízjárta területek Erdôk Tavak, nádasok, folyóvizek Települések

1. ábra. A bodrogi mintaterület Kreybig-talajtérképének digitalizált feldolgozása a TIM-talajszelvények, a Kreybig-szelvények, a MÁFI-fúrások (piros pontok) és a TIM-szelvények környezetében levô mintahelyek (kis zászlók) feltüntetésével

becslô, ún. pedotranszfer-függvényeket dolgoztunk ki. Példaként az I3905 jelû TIM-talajszelvény mért és becsült víztartóképesség-értékeit és az adatokra illesztett víztartóképesség-függvényeket mutatjuk be a 3. ábrán. Erre a talajmintára a talajtérképeken szereplô „fizikai féleség”-bôl származó becslés átlagos hibája 3 százalék, a TIM-adatbázis alapján adott becslésé 4 százalék. Az 5 százaléknál kisebb átlagos hibájú becslés a talaj víztartó képességére elfogadható.

2. ábra. Talajmintavétel a vizsgált területen

Mivel a becslés a mérésnél nagyobb hibával terhelt, összehasonlító elemzésnek kellett alávetnünk a mért és a becsült talajvíz-gazdálkodási jellemzôk növénytermesztésben várható hatását. Ezt modellvizsgálatokkal végeztük el. Az elemzésekhez két eltérô – durva és finom – felbontású termésszimulációs modellt használtunk, hogy alkalmazkodjunk a különbözô felhasználói igényekhez. Az egyszerû, havi csapadékösszegekkel dolgozó, 1/100 év idôléptékû kapacitív modell a gyakorlati felhasználók, míg a részletes, napi felbontású 4M modell a kutatói igény bemutatását szolgálta. A modellvizsgálatokban Sárospatak 1970-es, 1979-es és 1980-as idôjárási adatait használtuk. Átlagos idôjárású évként 1980-at (586 mm), nedves évként 1970-et (758 mm), száraz évként pedig 1979-et (390 mm) választottuk. Kukoricaállomány termését és vízfelhasználását is szimuláltuk a kapacitív és a 4M modellel. A kapacitív modellben a talaj mért és becsült hasznosítható – azaz a növények számára felhasználható – vízkészletét a mért, illetve a becsült szabadföldi és hervadásponti nedvességtartalom különbségébôl és a gyökérmélységbôl számítottuk a modellezett TIM-talajszelvényekre (1. táblázat). A kapacitív modell szerint a száraz évben az átlagos

26

csapadékú évben szimulált kukoricatermés 75–80 százaléka termett. A szimulált termés és vízfelhasználás nem különbözött jelentôsen aszerint, hogy a mért vagy a becsült hasznosítható talajvíztartó képességet használtuk bemenô adatként, vagyis a gyakorlati modellezéskor a becsült víztartó képesség használható. A 4M modellel is szimuláltuk a kukoricaterméseket – egyszer a mért, másszor a talajtérképrôl leolvasható információkból becsült víztartóképesség-függvények paramétereivel, valamint a mért és a becsült vízvezetôképesség-értékekkel. 7

I3905 00–30 cm ▲

6

Nedvességpotenciál log (cm)

5

t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t t

Mért

▲

Illesztett Fizikai féleség alapján becsült TIM alapján becsült

t t t

4

t

t

▲ t

t

t

t

t

t

3

t

t

▲ t

t

t

t

t

t

t

t

▲

2

t

▲

1

0 0

10

20

30

40

t

t t t t t t t t ▲ t t t t t ▲ t t t t t ▲t t t t t▲

50

60

Nedvességtartalom (%)

3. ábra. Az I3905 TIM-talajszelvény 0–30 centiméteres talajrétegének mért víztartóképesség-értékei, illesztett és becsült víztartóképesség-függvényei

TIM-kód

HV-100 mért mm

HV-100 becsült mm

I3905

128

195

I4405

128

195

I4705

186

175

1. táblázat. A kapacitív modell 100 centiméteres talajszelvényének mért és becsült hasznosítható vízkészlete (HV-100)

A kapacitív modellhez hasonlóan a 4M modell kukoricatermései az átlagos csapadékú 1970-es évben közel azonosak voltak. A mért és a becsült talajvíz-gazdálkodási tulajdonságú talajok termése 10 százaléknál nagyobb mértékben nem tért el, vagyis a kutatásban is használhatók a becsült talajvízgazdálkodási értékek. A száraz 1979-es évben a mért és a becsült talajvíz-gazdálkodási értékekkel kapott modelleredmények termés- és növényipárologtatás-értékei azonban már jelentôsen (10–50 százalék) különböztek. A talajvíz-gazdálkodási jellemzôk tehát csak akkor modellezhetôk a talajtérképi információk alapján, ha az idôjárás átlagos és az átlagosnál nedvesebb. A becsült talajvíz-gazdálkodási értékek azonban száraz idôjárású években félrevezetôk lehetnek. Ilyen esetekben célszerû, ha a becsült értékeket ellenôrzik vagy a mért értékeket használják. Az OTKA-kutatás eredményeként a talajtérképekrôl leolvasható „fizikai féleség” kategóriára – a Talajtani és Agrokémiai Kutatóintézet adatbázisán vagy a TIM-adatbázison kidolgozott becslôfüggvényekkel – megadhatók a talaj víztartó- és vízvezetôképességértékei vagy -függvényparaméterei. Így a talajtérképekhez olyan új információk rendelhetôk, amelyek a talajok vízgazdálkodására számszerû adatokat szolgáltatnak. A kidolgozott módszer általános érvényû és az ország bármely területén alkalmazható.

OTKA kutatás: „Magyarországi talajok vízgazdálkodási paramétereinek megadása alapvizsgálati adatok felhasználásával”, nyilvántartási szám: T 38412, kutatóhely: MTA Talajtani és Agrokémiai Kutatóintézet Vezetô kutató: Rajkai Kálmán Részt vevô kutatók: Szabó József, Pásztor László, László Péter, Fodor Nándor, Kabos Sándor, Makó András, Kerék Barbara, Fügedi Ubul, Marth Péter, Karkalik András és Motsai Gézáné laboráns

27

Kemoterápiás szerek a gyógyításban SASVÁRI MÁRIA

A daganatos betegségek gyógyításának három alappillére a sebészi beavatkozás, a besugárzás és a gyógyszeres terápia. Hosszú évtizedek tapasztalatai alapján dolgozták ki és napjainkban is folyamatosan fejlesztik azokat a terápiás protokollokat, amelyekkel egy-egy daganattípus gyógyításában a legjobb eredmény érhetô el. Ugyanakkor egyre szélesebb körben terjed az a szemlélet, hogy minden tumort egyedileg kell kezelni, és a betegeket személyre szabott gyógymódban kell részesíteni, hiszen még a szövettanilag azonos típusú daganatok is egészen másképp reagálhatnak ugyanarra a kezelésre. Remény van arra, hogy már a nem túl távoli jövôben rutinszerûvé válik a tumoros szövetminták molekuláris biológiai vizsgálata, és ennek segítségével megállapítható a daganat kialakulásához vezetô molekuláris történés(ek) természete, ami egyénre szabott, célzott és hatékony beavatkozásokat tesz majd lehetôvé.

1. ábra. A dezoxicitidin-kináz modellje

A rákos megbetegedések gyógyszeres kezelése során a tumorsejtek osztódási ütemét a legkülönfélébb „támadáspontokon” igyekeznek gátolni. A citosztatikumok (szaporodó sejteket károsító szerek) egyik fô csoportját a nukleinsavak bioszintézisét gátló antimetabolitok alkotják (l. késôbb). Napjaink kemoterápiás törekvéseinek középpontjában a nem kívánt mellékhatások visszaszorítása, valamint az egyre gyakrabban jelentkezô kemorezisz-

tencia leküzdése áll. Ez utóbbi legalább akkora klinikai problémát jelent, mint a baktériumok antibiotikum-rezisztenciájának rohamos fokozódása. A kemoterápiás szerek egyik csoportja ellen kialakuló rezisztencia kutatása irányította a figyelmet a dezoxicitidin-kináz enzimre, amelynek csökkent vagy hiányzó aktivitása gyakran áll a rezisztencia molekuláris hátterében, így az enzim vizsgálata fontos gyakorlati értelmet nyert. Az antimetabolitok olyan vegyületek, amelyek szinte megszólalásig hasonlítanak a DNS természetes építôköveire, a dezoxinukleozid-trifoszfátokra, bizonyos apró szerkezeti különbségekbôl adódóan viszont a nukleotidok és/vagy a DNS szintézisének enzimrendszerét bénítva a sejt pusztulását okozzák. (A nukleotidok vagy nukleozid-trifoszfátok bázist, cukort és foszfátcsoportot tartalmaznak; l. A jól helyezkedô metilcsoport élet és halál ura címû cikk 1. táblázatát. A nukleozidok foszfátcsoport nélküli nukleotidok.) Az erôsen negatív töltésû nukleotidok számára a sejtmembrán nem átjárható. Ezt az akadályt úgy tudjuk megkerülni, hogy a daganatellenes szert nukleozid, azaz töltés nélküli formában juttatjuk a szervezetbe. A nukleozidokat enzimek alakítják át nukleotidokká, foszforcsoportokat tartalmazó vegyületekké. A folyamat elsô és döntô lépését a dezoxicitidin-kináz (dCK, 1. ábra) katalizálja. A dezoxicitidin-kináz ún. nukleozid-mentô (salvage) enzim, amelynek élettani szerepe a DNS lebomlása során keletkezô, illetve a sejt környezetébôl felvett nukleozidok újrahasznosítása. Az enzim a kemoterápiás szempontból fontos nukleozid-származékok széles skáláját is hatékonyan aktiválja. A sejtbe juttatott nukleozid-analógok olyan „maszkírozott gyilkosok” tehát, amelyeket a sejt kezdetben nem ismer fel, jóhiszemûen aktivál, és ezzel saját pusztulását okozza. Az eddigiekbôl következik, hogy a dCK megfelelô aktivitása a nukleozid-analógokat tartalmazó gyógy-

28

szerek hatékonysága szempontjából kulcsfontosságú. Egyes fehérvérsejtek, így a mono- és limfociták dCK-aktivitása kiemelkedôen magas. Ezzel magyarázható, hogy a nukleozid-analógokkal kitûnô eredményeket sikerült elérni egyes leukémiák kezelésében. A tumorsejt elpusztításához, szerencsére, néhány kedvezô körülmény is hozzájárul. Számos daganat – egyelôre kevéssé ismert okból – kifejezetten sok dCK-enzimet termel, ezzel mintegy maga alatt vágja a fát, hiszen hatékonyabban aktiválja a nukleozidanalógokat. Érdekes tényezô az OTKA kutatási támogatásával felismert jelenség is: egyes nukleozid-analógok hatására a sejtek dCK-aktivitása a többszörösére fokozódik (2. ábra). Ennek hátterében a DNSszintézis károsodása áll. „Öngyilkos” rendszerrel állunk tehát szemben: a nukleozid-analóg hatására a dCK aktiválódik, ami egyre több és több analóghoz kapcsol foszforcsoportokat, és végsô soron a sejt pusztulásához vezet. Ez a folyamat nagy szerepet játszik a dCK által aktivált tumorellenes szerek hatásosságában. A támogatott kutatás másik fontos felfedezése, hogy a dCK besugárzás hatására is aktiválódik. Ez jelentôs eredmény a radioterápia és a kemoterápia legsikeresebb kombinációjának kialakításához. Az eredmények megszületésében jelentôs szerepe volt a téma elindítójának, Dr. Staub Mária professzor asszonynak, munkatársamnak, Szpaszokukoskaja Tatjanának és Virga Sándorné asszisztensnek, valamint Csapó Zsolt és Keszler Gergely doktorandusz hallgatóknak, akik sikeresen védték meg doktori disszertációjukat az említett témakörbôl.

Limfoid sejt aktivált gyógyszer (foszforilált)

SEJTOSZTÓDÁS (DNS szintézis) GÁTLÁSA

dCK-aktiválás KEMOTERÁPIA (nukleozid-analóg)

Besugárzás (RADIOTERÁPIA)

2. ábra. A dezoxicitidin-kináz aktivitását a DNS károsodása fokozza

A nukleozidanalóg-alapú kemoterápia fô hátránya, hogy minden olyan osztódó sejtet károsít, ahol az analóg aktiválásához adottak a feltételek. Egyes elképzelések szerint a fokozott tumorszelektív hatás érdekében a dCK génjét közvetlenül a tumorszövetbe lehetne juttatni, ami elôsegítené az aktív analóg fokozott ütemû felhalmozódását. Az eljárás – költségessége és vitatott eredményessége miatt – azonban még távol van a gyakorlati alkalmazástól. Járhatóbb útnak tûnik a nukleozid-analógok olyan molekulákhoz való kapcsolása, amelyek csak a tumorsejtekhez kötôdnek, így a normál sejtek nem képesek felvenni ôket.

OTKA kutatás: „A purin- és pirimidin-metabolizmus enzimeinek diagnosztikus és terápiás vonatkozásai”, nyilvántartási szám: T 35203, kutatóhely: Semmelweis Egyetem Orvosi Vegytani, Molekuláris Biológiai és Pathobiokémiai Intézete Vezetô kutató: Sasvári Mária Részt vevô kutatók: Barta Csaba, Csapó Zsolt, Keszler Gergely, Rónai Zsolt, Staub Mária, Szpaszokukoskaja Tatjana

29

A jól helyezkedô metilcsoport élet és halál ura VÉRTESSY G. BEÁTA

Az élôvilágban egyetemes érvényû genetikai kód révén az élôlények a szervezetük felépítéséhez és szabályozott mûködéséhez szükséges információt – mintegy tervrajzként – nukleinsav makromolekulákban tárolják. A nukleinsavak többnyire elkülönült kromoszómákba szervezôdô DNS-óriásmolekulákat jelentenek, kivéve néhány különleges esetet, ahol a genetikai információ RNS-ben tárolódik. A DNS és az RNS kémiai szerkezete csak kismértékben tér el; két fô eltérést érdemes kiemelni (1. táblázat): a DNS oxigéntartalma alacsonyabb, ezért ez a molekula stabilabb, mint az RNS, és az információ megôrzéséért és továbbadásáért felelôs, ún. bázispárok felépítésében a DNS-ben szereplô timint az RNS-ben uracil helyettesíti. Alkotórész kémiai jellege

DNS (dezoxiribonukleinsav)

RNS (ribonukleinsav)

Foszfátcsoport

ortofoszfát

ortofoszfát

Cukor

dezoxiribóz

ribóz

purin

adenin, guanin

adenin, guanin

pirimidin

timin, citozin

uracil, citozin

Bázis

anyagok között kiemelkedô. A bekövetkezô DNSkárosodások számos betegség kiváltói, az ivarsejtekben módosuló DNS pedig örökletes genetikai hibákhoz vezet. Ha egészségünk megôrzésérôl van szó, általában nagy hangsúlyt kapnak a környezeti ártalmak. Szinte soha nem esik szó azonban arról, hogy optimális életmód mellett is naponta több száz DNS-módosulás következik be egy átlagos emlôs szervezet genomjában – minden különösebb, ún. karcinogén (rákkeltô) környezeti hatás nélkül. Hogyan éljük túl ezeket? A választ a DNS-hibajavító rendszerek adják meg. Több kiemelkedô hatékonyságú mechanizmus mûködik még a legegyszerûbb baktériumban is – ezek gyorsan felismerik a DNS-módosulásokat, kivágják a hibás részt és újraépítik a megfelelô információtartalmú DNS-szálat. A DNS-hibajavító rendszerek számos fehérje összehangolt mûködését igénylik – ezeknek a fehérjéknek a hiánya vagy károsodása gyakran okoz korai öregedést, sejthalált (idegsejtekben vagy más sejtekben), vagy a sejt tumoros elváltozásához vezet. Nyilvánvaló tehát, hogy a DNS-hibajavító rendszerek megértése alapvetô új gyógymódok kidolgozásához vezet a rákterápia, a gerontológia, valamint a neurológia terén.

1. táblázat. A nukleinsavak építôkövei. A DNS alacsonyabb oxigéntartalmáért a cukor építôkô a felelôs: a dezoxiribóz egy hidroxilcsoporttal kevesebbet tartalmaz, mint a ribóz

Preventív DNS-javítás

A DNS nagyobb stabilitása minden bizonnyal lényegi szerepet játszhatott abban, hogy az ôsi RNSvilágot követôen az élôlények hosszabb távú információtárolásra tudtak berendezkedni. De ez a stabilitás csak viszonylagos: a sejtek élettani környezetében számos reaktív körülmény okoz kémiai változásokat a DNS-ben. Aerob szervezetek esetén az élethez, energiatermeléshez elengedhetetlen oxigén és a belôle keletkezô, „agresszív” (reakcióképes) vegyületek az elsôdleges DNS-károsítók, de hasonlóan hat a vizes közeg is. A víz reaktivitása az élôvilágot alkotó

A spontán, élettani körülmények között bekövetkezô DNS-hibák közül a leggyakoribb a citozin nevû bázis uracil bázissá való átalakulása (1. ábra). Ez a károsodás mutagén (genetikai károsodást okoz), mert a keletkezô uracil nagyon közeli timin-analóg, ezért a következô DNS-megkettôzôdési ciklusban nem a citozin adekvát párjával, a guaninnal, hanem a timin-párként szereplô adeninnel fog bázispárt képezni. Fontos tehát, hogy ez a hiba kijavításra kerüljön, így a DNS-ben az uracil formában megjelenô bázis hibaüzenetet közvetít, és a hibajavítás során kivágódik a DNS-bôl.

30

A DNS-ben megjelenô uracillal szembeni „negatív diszkrimináció” tehát nem vezethetô vissza az uracil saját kémiai tulajdonságaira: a citozin instabilitása okozza ezt a hátrányos megkülönböztetést. Érdekes nyomon követni, milyen súlyos feladatot ró ez a diszkrimináció az anyagcserére. Az uracil a bázispárosodás tekintetében tökéletes timin-analóg, és az RNS-ben be is tölti az adeninnel szembeni pár szerepét. A DNS-ben viszont szükség van arra, hogy az adenin párja másik bázis legyen – olyan, amelynek funkciós csoportjai az uraciléval megegyeznek. Az evolúció során a megoldás a „metilcímke” használata volt: az uracil bázisból több bonyolult enzim és sok energia felhasználásával timin jön létre (ami kémiailag 5-metil-uracil). A metilcsoport tehát itt arra szolgál, hogy az adenin-párként szolgáló bázist megkülönböztesse az uraciltól. Ez a rafinált megoldás azonban még nem elegendô. A DNS szintézise során is el kell kerülni az uracil beépülését. Kézenfekvô lenne, ha a DNS-t építô DNS-polimeráz enzim csak a timint tudná az adeninnel szemben beépíteni, de sajnálattal kell megjegyeznünk, hogy a DNS-polimeráz éleslátása súlyos kívánnivalókat hagy maga után. Ez a „vaksi” enzim nem veszi észre, hogy ott van-e a kritikus metilcsoport a megfelelô helyen. Ezért az uracilbeépülést csak akkor lehet megakadályozni, ha annak a vegyületnek a mennyiségét, amelybôl az uracil keletkezik, a sejt alacsony szinten tartja. Ezt a lényegi feladatot látja el a dUTPáz (dezoxiuridin-trifoszfatáz) nevû enzim (2. ábra), amely tehát megelôzô módon, preventív javító szerepkörben teremti meg a DNS-szintézis korrekt körülményeit. Az enzim hiányában a sejtbeli DNS uraciltartalma nagymértékben megnô, és az uracilkivágás fokozódása túlterheli a DNS-hibajavító rendszert. A túlterhelés a javítás összeomlásához, a DNS-molekula széttöredezéséhez és a sejt halálához

H N

H O N H

C N

C C

C N

N C

H

H C N

C C

C N

O

H

H

C1

C

C N

C

H

N

H C1

O

O

H

C N

uracil

c itoz in

H guan in

C1

CH3 H N H

C N C1

C C

N C N

O

H

H

N C

a denin

C N

C C O

C N

H C1

H tim in (5 -me til -ur acil)

1. ábra. A citozin átalakulása timin-analóg uracillá. A szaggatott vonalak a Watson–Crick-féle bázispárosodást biztosító hidrogénhidakat jelölik

vezet. A dUTPáz hiánya tehát letális, az enzim gátlása miatt rákos sejtek is elpusztulhatnak. A dUTPáz-antagonizmus (dUTPáz-gátlás) kutatása újszerû tumor- és vírusellenes terápiák kidolgozásához vezethet. Az enzimmûködés megértéséhez az elmúlt évek során többféle dUTPáz esetében sikerült feltérképeznünk a preventív javításért felelôs enzimreakció lépéseit. Nagy felbontású háromdimenziós térszerkezeteket határoztunk meg, és ezek értelmezésével, valamint oldatbeli módszerek széles körét alkalmazva sikerült azonosítani a reakció molekuláris mechanizmusát és a folyamat során valószínûsíthetô átmeneti állapot térszerkezetét (az enzimreakció szimulált atomi moziját lásd a http://www.enzim.hu/ ~vertessy/react3.wmv címen, a szakirodalomban megjelent folyóiratcikkek elérhetôk a http:// www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?DB=pubmed oldalról, a keresômezôbe Vertessy, B [AU] írandó). Erre alapozva a továbbiakban specifikus és hatékony antagonisták (gátló rendszerek) tervezésébe fogtunk.

Hogyan kergethetjük a tumorsejteket a sejthalálba?

2. ábra. A dUTPáz enzim térszerkezete

Miért különösen jó ötlet a dUTPáz-antagonizmus a rákellenes terápiák továbbfejlesztésében? Azért, mert a dUTPáz gátlásával megvalósuló, ún. timinmentes sejthalál olyan ráksejtekben is bekövetkezik, amelyekben több fontos, másfajta sejthalál nem idézhetô elô. A tumorellenes terápiák általános célja az, hogy a ráksejteket programozott sejthalál (apoptózis) segítségével öngyilkosságba tereljük. A ráksejtek azonban eleve úgy jöhettek csak létre, hogy károsodott kromoszómaállományuk miatt néhány vagy számos sejthalál típus már nem mûködik bennük (ha ezek még helyesen mûködtek volna, akkor a károsodott genom hibajelzése miatt a sejtek a karcinogén út elôtt elhaltak volna). Rendkívüli jelentôségû az olyan sejthalál-mechanizmusok kutatása,

31

amelyek multirezisztens (sok gyógyszerrel szemben ellenálló) tumorokban is kiválthatók. A közelmúlt irodalmi eredményei alapján a timinmentes sejthalál ilyen ígéretes lehetôség; a dUTPáz enzim gátlása a multirezisztens tumorok túlélési esélyét csökkenti. A dUTPáz gátlásával elôidézhetô timinmentes sejthalál folyamatát különbözô humán tumorsejtvonalakban tanulmányozzuk. Ezekben a kísérletekben a humán dUTPáz gátlását ún. RNS-interferencia módszerrel valósítjuk meg, amikor a dUTPáz hírvivô (messenger) mRNS-ének specifikus lebomlását idézzük elô. A módszer révén megérthetjük, hogy milyen molekuláris kölcsönhatások járulnak hozzá a rákos sejtek elhalásához.

Az enzimgátlás lehetséges módszerei Milyen módokon tudjuk elérni, hogy esetleges gyógyszerjelölt molekulákat azonosítsunk a dUTPáz gátlására? A gátlószerek elvileg rendkívül sokfélék lehetnek és sokféleképpen csoportosíthatók. Könynyen megérthetô, hogy a lehetséges gátlószerek egyik csoportjába az olyan vegyületek tartoznak, amelyek szerkezete hasonló az enzim szubsztrátjához (szubsztrát: az a vegyület, amelyik az enzim aktív centrumába kötôdik és amelyet az enzim termékké alakít). Ezeket a vegyületeket szubsztrátanalóg (a szubsztráthoz nagymértékben hasonlító) gátlószereknek nevezzük; oly módon tudják elôidézni az enzim gátlását, hogy az aktív centrumba kötnek, és ezáltal kizárják a szubsztrát bekötôdését, vagyis az enzimreakció beindulását. A dUTPáz enzim szubsztrátja a dUTP (dezoxi-uridin-trifoszfát) molekula, ami az 1. ábrán látható uracilgyûrûn kívül két másik kémiai csoportot, nevezetesen dezoxiribózt és foszfátláncot tartalmaz. Az enzimreakció során a dUTP hasítása következik be, a termékek dUMP és pirofoszfát. Az enzim-szubsztrát komplex szerkezetének részletes krisztallográfiai elemzésével nyilvánvalóvá vált, hogy az uracil és a dezoxiribóz kiemelkedôen speci-

fikus módon kötôdik az enzim aktív centrumába. Ez a rendkívüli specificitás térbeli (geometriai), elektrosztatikus, és egyéb kémiai kölcsönhatásokon alapuló kényszerekkel kizárja, hogy az uracil vagy a dezoxiribóz módosítása révén létrehozható molekulák még képesek legyenek az enzimhez kötôdni. A dUTPáz kiemelkedô specificitása élettani szempontból azért nagyon fontos, hogy az enzim ne legyen képes a sejtben jelen lévô egyéb nukleotid-trifoszfátok elbontására. A szubsztrátanalóg gátlószerek elôállítására tehát a fennmaradó lehetôség a foszfátlánc módosítása. Kutatásaink során nyilvánvalóvá vált, hogy a foszfátlánc módosított vegyületei közül az iminocsoportot (NH-csoportot) tartalmazó imino-dUTP erôsen kötôdik az enzimhez, és azt nagymértékben gátolja. A szubsztrátanalóg vegyületeken kívül más kismolekulájú anyagok is kötôdhetnek az enzimhez és okozhatják az enzim gátlását. Ilyen vegyületeket gyógyszerjelölt molekulákat tartalmazó molekulaadatbankokban találhatunk. Vizsgálatuk megköveteli, hogy nagy áteresztôképességû módszerünk legyen a több millió lehetséges kismolekulájú vegyület enzimgátlásának felmérésére. Ilyen módszert igyekszünk kifejleszteni a dUTPáz enzimreakció követésére. A kismolekulájú vegyületek mellett újféle és rendkívül ígéretes gátlószerek fejleszthetôk ki azon fehérjékbôl is, melyek kötôdnek a dUTPáz enzimhez. Az élô sejtben lejátszódó folyamatok feltétlenül igénylik a makromolekuláris komplexek kialakulását, felbomlását és változékonyságát (dinamikáját). A dUTPázzal kapcsolódó sejtbeli humán fehérjék azonosítására olyan vizsgálatokat végzünk, amely során egyes tumoros sejtek feltárása után elkülönítjük a dUTPázhoz kötôdô fehérjéket. A módszer során valamilyen szilárd hordozóhoz rögzítjük a dUTPáz fehérjét, vagy annak antitestjét, és erre a hordozóra kötjük ki a dUTPázzal fizikai kapcsolatba lépô egyéb sejtfehérjéket (ún. kihúzási kísérletek, pull-down módszer). Ezek a kísérletek lehetôvé teszik, hogy a sejt teljes fehérjekészletébôl induljunk ki (ún. proteomikai, rendszerszemléletû biológiai megközelítés).

OTKA kutatás: „Miért nincs uracil a DNS-ben? A dezoxiuridin-trifoszfatáz enzim szerkezete, mûködése és lehetséges antagonistái”, nyilvántartási szám: T 34120, kutatóhely: MTA Szegedi Biológiai Központ Enzimológiai Intézete Vezetô kutató: Vértessy G. Beáta Részt vevô kutatók: Barabás Orsolya, Békési Angéla, Nagy József, Németh-Pongrácz Veronika, Kôvári Júlia, Takács Enikô, Zagyva Imre, Varga Balázs

32

Allergiás gyulladások VIRÁG LÁSZLÓ

hibák kijavítását késlelteti. A fokozott poli(ADP-ribozil)áció viszont kiürítheti a sejtek NAD-raktárát, melynek feltöltése energiaigényes folyamat. A csökkenô NAD-szint és az energiaellátás hiánya súlyos esetben a sejt halálához vezethet. Ezzel a mechanizmussal magyarázzuk a szövetelhalást olyan, sok embert érintô betegségekben, mint a szívinfarktus és a gutaütés (stroke). Ezekben az állapotokban a vérkeringés lokális megszûnése során, de különösen annak újraindulásakor nagyszámú szabad gyök keletkezik az oxigénbôl és a nitrogén-monoxidból, melyek károsítják a DNS-t, a fehérjéket és a sejt membránjait felépítô lipideket is. Hasonló módon pusztulhatnak a hasnyálmirigy inzulintermelô sejtjei a cukorbetegség kialakulása során és az idegsejtek a Parkinsonkórban. Erre a folyamatra vezethetô vissza az érrendszer sejtjeinek diszfunkciója is, mely a cukorbetegek vakságáért és vesebetegségéért felelôs.

A fejlett világ országaiban egyre gyakoribbak az allergiás betegségek, például az asztma, az ekcéma és a szénanátha. Az allergiás betegségek hátterében jórészt ismeretlen genetikai és környezeti tényezôk bonyolult kölcsönhatása áll: az immunrendszer „túlmûködik”. Az allergiás betegségek fôbb jellegzetessége az ún. 2-es típusú segítô T-limfociták (nyirokrendszerben fejlôdô fehérvérsejtek), a szöveti hízósejtek, az eozinofil granulociták (csontvelôbôl származó fehérvérsejtek) túlmûködése, amit az allergiát kiváltó anyag (allergén) stimulál. Bár az allergiát egyedi immunválasz kelti, az újabb „allergéntámadás” hatására kialakuló allergiás gyulladás sok eleme hasonlíthat a többi, nem allergiás típusú gyulladáshoz.

Enzimek szerepe az allergiás gyulladásban Ha nem a legszûkebb szakmai közönségnek írok, próbálom késleltetni a poli(ADP-ribozil)áció kifejezés használatát, mert a bonyolult szó esetleg elriaszthatja az olvasót. Sietek megnyugtatni az olvasót, hogy e furcsa kifejezés viszonylag egyszerû jelenséget takar. Ennek lényege, hogy sejtjeinkben az egyik energiahordozó molekula, a NAD több funkciót is betölt. Ezek egyike során a PARP enzimek [poli(ADP-ribóz)polimeráz enzimek] a NAD-ot kettéhasítva polimereket készítenek, melyeket megfelelô fehérjékhez erôsítenek. A polimereket késôbb a PARG enzim [poli(ADP-ribóz)-glikohidroláz] bontja le. A polimerek egyrészt szignálként szolgálhatnak, másrészt megváltoztatják a módosított fehérje tulajdonságait. A PARP és a PARG enzimek összehangolt mûködése révén rugalmas szabályozórendszer áll a sejtek rendelkezésére. Mint ahogy a természetben gyakran megfigyelhetô, a poli(ADP-ribozil)ációs rendszer túl- és alulmûködése is kóros következményekkel járhat. A PARP-1 enzim gátlása vagy genetikai inaktiválása a DNS-

Eredményeink Az OTKA által támogatott kutatásainkban többek között arra kerestünk választ, hogy a többi gyulladástól sok tekintetben különbözô allergiás gyulladások kialakulásában szerepet játszik-e a poli(ADP-ribozil)áció. Célszerû megjegyezni, hogy az allergiás gyulladások jelentôsen különböznek a többi gyulladásos kórképtôl. Elôször egy általánosan használt modellt vizsgáltunk: egereken váltottunk ki asztmás megbetegedést. Ebben a modellben az allergén a tojásfehérje volt, melyet injekció formájában juttattunk az állatokba. Az ily módon érzékenyített állatokban, melyek immunrendszere már képes felismerni a tojásfehérjét és választ adni rá, a tojásfehérje-tartalmú aeroszol belélegeztetése asztmához hasonló gyulladásos tüdôbetegséget vált ki: megfigyelhetôk a humán asztma olyan jelenségei is, mint a légutak fokozott összehúzódása és nyáktermelése. Az állatok egyik

33

csoportját a poli(ADP-ribozil)ációt gátló anyaggal kezelve azt tapasztaltuk, hogy a szer hatására jelentôsen csökkent a tüdôbe vándorló gyulladásos sejtek száma. Egy másik munkacsoport által végzett hasonló tanulmányból az is kiderült, hogy a PARP enzimeket gátló szerek hatására az asztmás állatok könynyebben lélegeztek, és tüdôkárosodásuk is csökkent. Az allergiás betegségek másik fontos célszerve a bôr (1. ábra). A bôrben zajló gyulladás gyakran használt modellje az ún. kontakt hiperszenzitivitás. Ennek során egyes vegyi anyagok a bôrrel érintkezve fehérjékhez kötôdnek, és módosítják azokat. A módosított fehérjéket az immunrendszer idegenként ismeri fel, és ha a vegyi anyagok újra érintkeznek a bôrrel, immunválasz indul be. A PARP enzimeket gátló szer alkalmazásával csökkenteni tudtuk a gyulladásért felelôs hírvivô anyagok képzôdését és a gyulladásos sejtek bôrbe irányuló vándorlását. Mindezek és az irodalomból ismert, egyéb gyulladásos betegségmodelleken szerzett ismeretek a

alapján megállapíthattuk, hogy a szabad gyökök termelôdése és a PARP enzimek aktivációja a különbözô eredetû gyulladásos folyamatok közös jellemzôje, ezért a PARP enzimek gátlása valamennyi eddig vizsgált gyulladásmodellben kedvezô hatású volt. A továbbiakban sejttenyészeteken végzett kísérletekben próbáltuk jellemezni a poli(ADP-ribozil)áció szerepét. Kísérleteinket az allergia két fontos célszervébôl, a tüdôbôl és a bôrbôl származó hámsejteken végeztük. Gyulladásos stimulusok hatására ezek a sejtek fokozottan termelnek olyan anyagokat, amelyek révén maguk is hozzájárulnak a gyulladás folyamatához. A PARP enzimeket gátló szerek hatására ezeknek az anyagoknak a termelôdése szelektíven módosítható. A gátlószerek védelmet nyújtottak a hámsejtek szabadgyökökkel kiváltott sejthalálával szemben is. Mindezek alapján úgy gondoljuk, hogy a PARP-gátlószerek kedvezô hatásaikat részben a gyulladásos hírvivô anyagok termelôdésének csökkentése, részben a sejthalál/sejtdiszfunkció kivédése révén fejtik ki.

b

Perspektívák

c

d

1. ábra. Allergiás bôrgyulladás. Az a és c képeken egészséges bôrbôl készült metszetek láthatók, míg a b és d képek a bôrre kent allergénnel kiváltott gyulladásos bôrbôl származnak. Az a–b képeken az immunfestés a peroxinitrit nevû reaktív vegyület keletkezését jelzi (barnásfekete festôdés), míg a c–d képeken a PARP enzimek által termelt poli(ADP-ribóz) polimert mutattuk ki (barnásfekete festôdés) elsôsorban a bôr felhámrétegében. (A piros színû részek a szövetben történô tájékozódást segítô háttérfestésbôl származnak.)

Eredményeink alapján felvetôdhet a PARP-gátlószerek gyulladásgátló vagy antiallergiás gyógyszerként történô alkalmazása. Számos gyógyszercég végez klinikai kipróbálásokat PARP-gátlószerekkel a jórészt életet veszélyeztetô, súlyos betegségekben (daganatok adjuváns terápiája, stroke, szívinfarktus miatti katéterezés szövôdményei). Mivel ezekben az esetekben a PARP-gátlószerek által nyújtott terápiás haszon valószínûleg messze túlhaladja azt – a szerek néhány napos adagolása során valószínûleg elhanyagolható – veszélyt, hogy a PARP enzimek gátlása mutációt okozhat a génállományban, ilyen akut állapotokban és tumoros betegségekben a PARP-gátlószerek ígéretes új gyógyszerjelöltek. A krónikus betegségek esetén viszont a gyógyszereket a betegeknek tartósan kell szedniük, így tanulmányozni kell a mutációk kialakulásának esetleges veszélyét.

OTKA kutatás: „Peroxinitrit és poli(ADP-ribóz)-polimeráz szerepe allergiás gyulladásban”, nyilvántartási szám: T 35182, kutatóhely: Debreceni Egyetem OEC Orvosi Vegytani Intézet Vezetô kutató: Virág László Részt vevô kutatók: Bai Péter, Bakondi Edina, Csortos Csilla, Erdélyi Katalin, Szabó Éva

34