Výzkumný projekt

Pod vedením mého profesora z oddělení srdeční elektrofyziologie jsem zkoumal strukturální vztah mezi tzv. systémem T-tubul a mikrotubulovým cytoskeletem ve zdravých králičích buňkách pravé srdeční komory. Předtím než popíšu, čím jsem se přesně zabíral a jaké byly mé závěry, je potřeba vysvětlit některé základní pojmy. Srdeční buňky, tzv. kardiomyocyty, jsou rytmicky a koordinovaně aktivovány elektrickým stimulem, tzv. akčním potenciálem, za účelem dosáhnutí srdečního tepu. T-tubuly jsou invaginace membrány svalových buněk, které slouží k rychlé propagaci tohoto akčního potenciálu skrz celou buňku. V okamžiku, kdy akční potenciál dorazí do těchto T-tubul se aktivuje tzv. spojení excitace a kontrakce. To je proces, kdy elektrický vzruch otevře vápníkové ionty posazené v membráně kardiomyocytů a dojde tak k mnohonásobnému navýšení koncentrace vápníkových iontů uvnitř buněk právě mezi těmito T-tubulami a hlavním skladem vápníkových iontů, sarkoplasmickým retikulem. Díky pozitivní zpětné vazbě tento proces spustí vypuštění dalších vápníkových iontů ze sarkoplasmického retikula a konečně tak zaktivuje základní jednotky svalu, tzv. sarkoméry.

Problém nastává při srdečním selhání, kdy T-tubuly začínají ztrácet svou pravidelnou organizaci a vzdalují se od organel sarkoplazmického retikula. Důsledkem toho dochází k menšímu vypuštění vápníkových iontů a ke slabším kontrakcím srdečního svalu. Přes velký počet výzkumů týkajících se mechanismu selhávajícího srdce se nám však stále ještě nepodařilo odhalit, proč dochází k tomuto odsunutí T-tubul. Relativně nedávno vyšlo najevo, že vznik T-tubul je závislý na transportu proteinů a iontových kanálů obsažených v membránách T-tubul. Tento transport probíhá podél mikrotubulového cytoskeletu pomocí cytoplazmických proteinů kinesinu, které rozvážejí tyto proteiny v malých váčcích, vezikulách, od jejich místa syntézy k membránám T-tubul. V selhávajícím srdci ale dochází k velkému navýšení hustoty mikrotubulového cytoskeletu, tzv. densifikace mikrotubul. My se domníváme, že to má za následek zvýšení mikrotubulových překřížení, což by mohlo způsobit blokaci motorových proteinů kinesinu, a tudíž narušení transportu proteinů, které jsou klíčové pro formaci membránových T-tubul. Díky těmto zábranám by se teoreticky tyto vezikuly mohly spojit mimo jejich určené místo a vytvořit neorganizované T-tubuly, vyskytující se jinde než na svých předurčených místech (napříč buněčnými sarkomérami).

Jelikož jsem v průběhu své bakalářské práce měl k dispozici pouze zdravé, a nikoliv selhávající srdeční buňky, mohl jsem pouze analyzovat vztah mezi mikrotubulami a T-tubulami ve zdravých buňkách. Za použití nejnovějšího konfokálního mikroskopu se super rozlišením jsme jako první změřili distribuci mikrotubul ve zdravých buňkách a zjistili, že jsou především distribuovány podél podélné osy buněk. Dále vyšlo najevo, že se mikrotubuly častěji překřižují právě v blízkosti T-tubul a také že mají pravoúhlou geometrii. Vzhledem k tomu, že tyto měření jsou ze zdravých buněk, je možné, že pravoúhlost těchto mikrotubulových intersekcí umožňuje cytoplasmickým proteinům kinesinu téměř nerušený přechod. Bylo by proto zajímavé změřit úhel těchto překřížení v buňkách ze selhávajících srdcí a vidět, zdali se výrazně liší.

Pokud budu mít tu možnost, rád bych v průběhu tohoto léta použil tyto metody a zanalyzoval tyto strukturální charakteristiky mezi T-tubulami a mikrotubulami ve zdravých, ale i selhávajících buňkách. To by mi umožnilo nejen statisticky zhodnotit své výsledky, ale také bych se mohl zaměřit na výše zmíněné cytoplasmické proteiny kinesinu a změřit jejich chování při transportu proteinů v selhávajícím srdci. Domníváme se totiž, že densifikace mikrotubul, buď mění úhel těchto mikrotubulových překřížení, nebo fyzicky zabraňuje volnému pohybu proteinů kinesinu, což by mohlo mít za následek reorganizaci celého systému T-tubul a tím pádem vzniku srdečního selhání.