Vedci odhalili mechanizmy, ktoré zabraňujú nežiaducemu uvoľňovaniu vápnika do srdcových svalových buniek.  Ten sa tam dostáva z vápnikových zásobníkov cez takzvaný ryanodínový receptor (RyR2), bielkovinu tvoriacu membránový kanál. V rámci osemročného medzinárodného výskumu sa vedcom po prvýkrát podarilo určiť štruktúru počiatočného úseku ľudského RyR2.

„Proteín RyR2 je taký fundamentálny pre funkciu srdca ako ventil pre automobilový motor. Keď je poškodený, motor funguje, ale je len otázkou času, kedy sa pokazí a prestane pracovať. U ľudí je to fyzické úsilie alebo emocionálna trauma, čo spustí takúto srdcovú krízu, ktorá môže viesť k náhlej smrti,“ cituje tlačová správa Cardiffskej univerzity britského vedca F. A. Laia.

Ryanodínové receptory riadia kolobeh vápnika vo vnútri svalových buniek srdca. Mutácie týchto receptorov môžu spôsobiť narušenie kolobehu  a viesť k vzniku srdcových arytmií. 

Prečo máme „vápnik v srdci“?

Počas srdcového sťahu sa cez ryanodínové receptory vyplaví dovnútra bunky veľké množstvo vápnika potrebného pre svalovú prácu. Pri uvoľnení sťahu je potrebné vápnik udržať v bunkových zásobníkoch, a preto je presné riadenie otvárania a zatvárania ryanodínových receptorov veľmi dôležité.

Ak sa dovnútra bunky počas uvoľnenia srdcového sťahu zo zásobníkov vyplaví priveľa vápnika, čo sa stáva pri viacerých srdcových ochoreniach, môže to viesť k arytmiám. Pri zlyhávaní srdca sa navyše znižuje množstvo vápnika v zásobníkoch a dôsledkom je nedostatočná sila srdcového sťahu.

Existujú najmenej štyri typy vápnikom spôsobených arytmií. Zatiaľ čo dve z nich (katecholaminergná polymorfná komorová tachykardia a arytmogénna kardiomyopatia pravej komory) sú relatívne zriedkavé, syndróm náhlej smrti novorodencov postihuje jedného novorodenca z 2000 a mutácie skúmaného receptora sa môžu podieľať až na 1-2 % z týchto úmrtí. U týchto troch syndrómov je jednou z príčin arytmií mutácia proteínu RyR2.

Najčastejšou chorobou, pri ktorej sa môžu „vápnikové arytmie“ vyskytovať, je zlyhanie srdca. Postihuje 2 % populácie, čo znamená že na Slovensku je asi 100-tisíc pacientov s týmto ochorením a spomínaný syndróm sa môže podieľať až na deviatich percentách všetkých úmrtí.

Štruktúra ľudského RyR2^1-606 s vysokým rozlíšením ÚMB SAV, ÚMFG SAV, Univ. Cardiff, 2014

Zabijak bez podozrenia

Mutácie RyR2 môžu byť zdedené alebo novovzniknuté a to, či nejakú človek má, sa často zistí až neskoro. „Pri arytmiách spôsobených mutáciami RyR2 býva často prvým symptómom smrť,“ hovorí Alexandra Zahradníková z Ústavu molekulárnej fyziológie a genetiky SAV, ktorá na výskume participovala. „Volá sa to synkopa. Človeku sa zatmie pred očami, odpadne a bez lekárskej pomoci to môže skončiť smrťou,“ vysvetľuje vedkyňa bližšie.

Pri niektorých mutáciách RyR2 má iba približne 30 % z postihnutých ľudí prejavy choroby, a tak pacient nemusí vedieť, že ju napríklad zdedil po jednom z rodičov.

Priamy liek na ochorenia spôsobené mutáciami RyR2 zatiaľ neexistuje, lekári sa viacerými spôsobmi snažia potláčať iba ich príznaky. Väčšinou zaberajú lieky, ktoré sa používajú na iné druhy arytmií, či liek, ktorý zabraňuje zvýšeniu pulzovej frekvencie.

„Pacientom, ktorým nezaberá ani jeden z týchto druhov liečby, je potrebné implantovať malý defibrilátor priamo do tela,“ hovorí Alexandra Zahradníková, no zároveň dodáva, že  defibrilátor poškodí srdce pri každom „naštartovaní“, a preto sa dá použiť iba niekoľkokrát za život. Hľadá sa teda liek, ktorý by odstránil príčinu choroby a nie jej dôsledok.

Ako dlho to potrvá?

Slovenskí vedci robili základný výskum, čiže poznávanie mechanizmov v receptore. K aplikovanému farmakologickému výskumu je to podľa nich ešte dlhá, no správna cesta. 

„Ešte potrvá dve až tri „kolá“ základného výskumu, kým to lepšie pochopíme, lebo len teraz sme po prvý krát získali predstavu o štruktúre úseku tohto receptora. To, či bude vďaka nášmu poznaniu objavený liek, nemôžeme vedieť na sto percent, ale sme optimisti, lebo už vieme, čo ďalej a to je dôležité,“ neskrýva optimizmus Alexandra Zahradníková.

Biofyzici z Ústavu molekulárnej fyziológie a genetiky SAV plánujú v bádaní pokračovať. „Okrem štúdia vápnikovej signalizácie na bunkovej úrovni by sme chceli pokračovať v skúmaní ďalších súvislostí medzi štruktúrou a funkciou ryanodínového receptora,“ hovorí  Alexandra Zahradníková. „Pôvodne sme plánovali spolu s Ústavom molekulárnej biológie SAV študovať štruktúru ďalších úsekov tejto molekuly, ale teraz na to bohužiaľ nemáme ani personálne ani finančné zdroje. Hodláme sa preto venovať bioinformatickému štúdiu a matematickému modelovaniu vzťahov medzi štruktúrou a funkciou, ktoré sa dajú vykonávať s pomocou našich vlastných údajov a údajov z verejne dostupných databáz,“ dodáva vedkyňa.

Na modelovanie plánuje využiť aj novo vylepšený superpočítač AUREL, ktorý dokáže urobiť až 130 biliónov operácií za sekundu.