Juhász Gábor egész eddigi tudományos pályafutása során az autofágiával, vagyis a sejtek önemésztő folyamatainak tanulmányozásával foglalkozott. Minden sejtben keletkeznek károk: károsodnak a sejtorganellumok és a fehérjék, illetve más makromolekulák is. Ezért szükség van arra, hogy a sejt képes legyen káros anyagai folyamatos lebontására és újrahasznosítására. E visszaforgató folyamatok minden eukarióta sejtben megállás nélkül zajlanak. Amikor a sejtet stressz éri (pl. éhezés), vagy hibás szerkezetű fehérjéket termel, akkor az autofágia egészen intenzívvé válhat.

Juhász Gábor

A káros fehérjéket vagy akár a hibás mitokondriumokat minél előbb le kell bontani, hogy minél rövidebb ideig okozzanak zavart a működésben, míg éhezés esetén a sejt saját anyagainak lebontásával fedezi a táplálékigényét. Juhász Gábor kutatócsoportjának fókusza az elmúlt tíz évben kissé eltolódott: az autofág önemésztő folyamatok vizsgálata mellett más, lizoszómákhoz kötődő lebontó folyamatokat is kutatni kezdtek. Ilyen például az endocitózis, melynek során a sejt felveszi a plazmamembránjában ülő receptorait és a hozzájuk kötődő molekulákat (szállítmányokat), például ligandumokat.

Lebontó folyamatok

A szállítmány méretétől függően e folyamatot endocitózisnak vagy fagocitózisnak nevezzük. Ezzel rokonítható a krinofágia, amikor a szekretáló sejt a szekréciós granulumokat nem választja ki a környezetbe, hanem lizoszómák segítségével lebontja. Ez első hallásra meglepő, de Juhász Gábor szerint ez talán a minőség-ellenőrzés egyik állomása lehet: a túl öreg vezikulumokat a szekréció helyett inkább visszaforgatja a sejt.

„A kutatócsoportunk úttörő szerepet játszott az autofágia során keletkező, lebontandó anyagot szállító vezikulumok (az autofagoszómák) érését mediáló faktorok feltárásában

– mondja Juhász Gábor. – Ez irányította a figyelmünket az ehhez hasonló lebontó folyamatok irányába, hiszen az e folyamatok hátterében álló molekuláris mechanizmusok terén jelentős átfedéseket fedezhetünk fel, miközben természetesen jelen vannak speciális faktorok is.”

A kutatócsoport hozta létre az első genetikailag tesztelhető modellt a krinofágia vizsgálatára, és írta le a ráható első faktorokat. Mindezek során a kutatók figyelme egyre inkább a lizoszómák felé fordult. A lizoszómák rendkívül sokfélék lehetnek, mivel a legkülönfélébb szállítmányok kerülhetnek beléjük. A szervezeteket nagyos sok sejttípus építi fel, és e sejtek különböző feladatokra specializálódnak. Emiatt a lizoszómáikba is nagyon eltérő anyagok kerülhetnek. Nem minden sejt képes például fagocitózisra, vagy nem minden anyagot tudnak fagocitálni. Az idegszövetben például csak a gliasejtek képesek partikulumokat felvenni a környezetükből, a neuronok nem. A kutatócsoport egyik felfedezése is ehhez kapcsolódik: leírták, hogy a károsodott idegrendszerben széteső axonokat (azaz idegsejtnyúlványok fragmentumait) a gliasejtek fagocitálják, és eközben az autofág fehérjék egy részét nem a saját anyagokat szállító autofagoszómák, hanem a felvett sejttörmeléket szállító fagoszómák érésében használják.

Bár a köztudatban a lizoszómákat savas kémhatású sejtorganellumnak tartják, amelynek belsejében savas közegben működő hidroláz enzimek dolgoznak, a valóságban nem minden lizoszóma savas. A pH-juk összefügg azzal, hogy mennyi szállítmány érkezik a lizoszómába. Ez logikus is, hiszen a lizoszóma savas kémhatásának fenntartása rengeteg energiát igényel, és ha nincs mit emésztenie, akkor ez pazarlás lenne a sejt részéről. E jelenség nagyon látványos a gyorsan növekvő állatok szöveteiben, például az ecetmuslicák lárvális zsírszövetében, aminek tömege négy nap alatt kétszázszorosára növekszik. Eközben jellemzően nem bontja le a saját anyagait, hiszen szélsebes és szinte megállíthatatlan a növekedése. Ha azonban éheztetjük a lárvát, akkor a zsírszövetben (mint raktározó szövetben) nagyon erős autofág válasz indul be, amihez szükség van a lizoszómák savasodására és aktivációjára. Vagyis a sejtek a körülményektől, elsősorban a beérkező lebontandó szállítmánytól függően képesek változtatni a lizoszomális aktivitásukat.

„A Lendület-pályázat egyik fő célkitűzése az, hogy megértsük ennek az aktivitásváltásnak a hátterét

– folytatja Juhász Gábor. – Az autofagoszóma-lizoszóma fúzió egy lépését vizsgáljuk, amelyben az általunk korábban felfedezett szintaxin-17 fehérje játszik szerepet. Kimutattuk, hogy ha gátoljuk az autofagoszómák és a lizoszómák összeolvadását, akkor az állatok élethossza nagyon lerövidül, mert az idegsejtek nem tudnak megfelelően működni, és az állat mozgásképtelenné válik.”

Amikor a fehérje „belebújik a membránba”

Bár a szintaxin-17 fehérje a membránokban található, érdekes módon az autofagoszómához a sejt citoszoljából származó szintaxin-17-molekulák toborzódnak. Nagyon szokatlan, hogy egy fehérje egyszerre jelen lehet a membránban és a citoszolban is. A kutatók azt a lépést is vizsgálják biokémiai és biofizikai módszerekkel, amikor a fehérje „belebújik a membránba”. Ezáltal érthetnénk meg jobban az autofagoszóma és a lizoszóma fúziójának mechanizmusát.

Már előállították a szintaxin-17 fehérje Drosophila- és humán verzióját rekombináns formában, amelyek oldott állapotban is stabilak. Amikor pedig ezekhez a szolúbilis fehérjékhez mesterséges lizoszómákat adnak, a fehérjék spontán a lizoszómák felületére toborzódnak. Azt is feltárták már, hogy milyen foszfolipideknek kell jelen lenniük a lizoszóma felületén ahhoz, hogy ez megtörténhessen. Humán sejteken kimutatták, hogy az adott foszfolipidek kialakulásának gátlása megakadályozza a fehérjék autofagoszómához való toborzódását is, így az autofagoszóma-lizoszóma fúzió sem mehet végbe megfelelően. A következő nagy előrelépést az jelentené, ha meg tudnák határozni a szintaxin-17 szerkezetét. Ebből ugyanis következtetni tudnának arra, hogy a fehérje hogyan kapcsolódik a membránhoz: csak rátapad a felületére, vagy valóban teljesen bele is bújik.

A pályázat másik célkitűzése a lizoszómák heterogenitásának feltérképezése.

A lizoszómák sokféleségéhez nem fogható semelyik másik sejtorganellum változatossága. Megvizsgálják majd, hogy a különféle paraméterekkel rendelkező lizoszómák molekuláris összetétele miben különbözik egymástól. Juhász Gábor szerint az összetételbeli jellegzetességek kutatásával megérthetjük, hogy a lizoszómát alkotó faktorok milyen szerepet játszanak az aktivitásban. A kísérletek egy részét humán sejteken fogják végezni, de alapvetően a jól ismert modellállat, az ecetmuslica vizsgálatára fognak támaszkodni, ahol főként az agyszövetbeli glia- és idegsejtek lizoszomális aktivitására és összetételére koncentrálnak majd. A két sejttípus lebontó folyamataiban hatalmas a különbség, hiszen a glia képes fagocitózisra, a neuronok viszont nem. Működésbeli különbségeik alapvető hatással vannak az egész idegszövet működésére, így a projekt második felének célkitűzései nagy jelentőségűek az élettan területén.