NMDA receptor je bílkovina, která se nachází na povrchu nervových buněk v našem mozku. Když se ze sousední nervové buňky vylije neuropřenašeč glutamát, naváže se na NMDA receptory, ty následně změní membránový potenciál a vpustí do nervové buňky ionty sodíku a vápníku. To je ve zkratce princip tzv. synaptického přenosu, tedy procesu, při kterém se nervový vzruch přenáší z jedné nervové buňky na druhou.
Synaptický přenos, a tedy i NMDA receptory, je klíčový pro funkci celé nervové soustavy, například pro učení se a vytváření nových paměťových stop. Špatné fungování NMDA receptorů může způsobit závažná neurovývojová onemocnění. „V současnosti známe u pacientů stovky mutací, tedy chyb v NMDA receptorech, které poškozují jejich funkci. Podle toho, jakou mutaci daný pacient má, trpí například mentální retardací, schizofrenií nebo autismem. A pak jsou zde steroidy – skupina látek, která dokáže ovlivňovat funkci NMDA receptorů, a teoreticky by tak mohla být využita jako léčiva. To jsou ve stručnosti okruhy poznatků, které jsme měli na začátku našeho projektu,“ shrnuje prof. MUDr. Ladislav Vyklický, DrSc. projekt s názvem Molekulární, buněčné a behaviorální účinky steroidů působících na NMDA receptorech, podpořený Grantovou agenturou České republiky.
Před jeho řešitelským týmem stálo hned několik velkých nezodpovězených otázek: Dokážou některé steroidy napravit funkci NMDA receptorů, která je poškozena mutací? Jakým mechanismem tyto steroidy působí? Kam se na NMDA receptory váží? Jakou musí mít steroidy chemickou strukturu, aby byly v působení na NMDA receptory co nejúčinnější?
Profesor Ladislav Vyklický a jeho tým. Horní řada zleva: Bohdan Kysilov, Miriam Candelas, Jan Krůšek, Jiří Černý, Miloslav Kořínek, druhá řada zleva Ivan Dittert, Tereza Smejkalová, Ladislav Vyklický, Romana Marková a Věra Abramová.
Látek, které regulují funkci NMDA receptorů, je překvapivě hodně, ale jen málo z nich našlo uplatnění v klinické praxi. Za zmínku stojí například anestetikum ketamin anebo memantin, který se v některých případech používá při léčbu Alzheimerovy choroby. „Steroidy se zabýváme dlouhodobě a jsme přesvědčeni, že tyto látky by mohly představovat farmakologický nástroj, který by dokázal napravit mutacemi navozené změny ve funkci NMDA receptorů. Farmakologické ovlivnění funkce NMDA receptorů bylo naším dlouhodobým cílem, ale teprve moderní výkonné metody čtení genetické informace většího množství lidí pomohly identifikovat souvislosti mezi genetickou odchylkou u pacienta, tedy například mutací jeho NMDA receptorů, a symptomy,“ vysvětluje prof. Ladislav Vyklický, vedoucí oddělení Buněčné neurofyziologie Fyziologického ústavu Akademie věd České republiky.
Při výzkumu bylo pro jeho tým pozitivním překvapením potvrzení původní hypotézy o tom, že je možné změnit funkci NMDA receptorů nově syntetizovanými steroidními látkami. „Ukázalo se navíc, že některé zmutované NMDA receptory jsou k působení těchto steroidů mimořádně citlivé,“ říká profesor Vyklický.
Náprava funkcí již na úrovni jednotlivých buněk
Jaké jsou tedy nejdůležitější závěry výzkumu? Zaprvé bylo objeveno vazebné místo na povrchu NMDA receptoru, kam se váží takzvané potenciační steroidy. To je základ pro hledání dalších látek, které dokážou posílit funkci NMDA receptorů, budou ještě účinnější a budou mít minimální vedlejší účinky na lidský organismus. Zadruhé tým podrobně otestoval působení více než dvaceti látek na NMDA receptory, což mu dalo představu o tom, jaké strukturní rysy musí mít molekula, aby účinně potencovala NMDA receptory. A zatřetí vědci zanalyzovali více než deset mutací NMDA receptoru, které způsobují neurovývojová onemocnění. Podařilo se tak demonstrovat, v čem mutované receptory funkčně selhávají. U mnohých z nich badatelé dokázali pomocí steroidů napravit na úrovni jednotlivých buněk v laboratorních podmínkách funkci NMDA receptorů.
Výsledky, kterých tým dosáhl, jsou důležitým bodem na cestě k vývoji nových látek k léčbě poruch způsobených mutovanými NMDA receptory. Je to ale stále základní výzkum a potrvá ještě dlouho, než se nějaká látka založená na jeho poznatcích bude moci podat prvním pacientům.
První publikace týmu profesora Vyklického na téma steroidů vznikla v roce 2001. „Od té doby tuto tématiku rozvíjíme a dnes již mnohem lépe chápeme vztah mezi strukturou steroidů a jejich vlivem na NMDA receptory, modelujeme na počítači změny struktury NMDA receptoru po navázání glutamátu, hledáme vazebné místo pro steroidy na povrchu NMDA receptoru, studujeme účinky steroidů na celé nervové buňky, na síť nervových buněk připravených v laboratoři a také na chování pokusných zvířat. V době přípravy grantu jsme měli naměřenou řadu základních experimentů, na jejichž základě jsme si byli jistí, že se jedná o velmi zajímavý projekt se solidním publikačním potenciálem. Standardní granty u Grantové agentury České republiky trvají tři roky. My jsme navíc žádali o roční odklad hodnocení, protože běželo poměrně zdlouhavé recenzní řízení u některých publikací. Trpělivost se nám vyplatila a my jsme tak mohli zakončit náš grant pěknou publikací o palmitoylaci NMDA receptorů, kterou otiskl časopis Journal of Neuroscience vydávaný americkou Společností pro neurovědy,“ říká prof. Ladislav Vyklický.
Typická nervová buňka má bohatě větvenou síť výběžků, kterými komunikuje se stovkami dalších nervových buněk ve svém okolí.
Na projektech se vystřídaly desítky pregraduálních a postgraduálních studentů. Mnozí z nich jsou dnes etablovanými vědeckými pracovníky u nás i v zahraničí. Profesor Vyklický vyzdvihuje především dlouhodobou spolupráci s oddělením doktorky Evy Kudové a její kolegyně doktorky Hany Chodounské z Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd. „Je to špičkové vědecké pracoviště, kde syntetizují neuroaktivní steroidy. To jsou látky podobné přirozeným steroidům z našeho těla, ale tyto jsou uměle vyrobené a dokážou ovlivňovat nervovou soustavu. Paní doktorka Kudová byla spoluřešitelkou našeho grantu a prakticky všechny steroidy, které jsme studovali, byly připraveny v její laboratoři.“
Prof. MUDr. Ladislav Vyklický, DrSc.
Ladislav Vyklický je profesorem normální a patologické fyziologie na 3. lékařské fakultě Univerzity Karlovy v Praze. V roce 1981 získal titul MUDr. na Univerzitě Karlově v Praze a titul Ph.D. v oboru fyziologie a patofyziologie na Fyziologickém ústavu Československé akademie věd. Působil v americkém Marylandu v Laboratory of Developmental Neurobiology, National Institutes of Health (s Markem L. Mayerem) a v německém Heidelbergu v Max-Planck Institut für Zellphysiologie (s profesorem Bertem Sakmannem). Byl oceněn Cenou Československé akademie věd (1991) a Mezinárodním výzkumným stipendiem Lékařského ústavu Howarda Hughese (HHMI) (1995–1999). V současné době je vedoucím Laboratoře buněčné neurofyziologie na Fyziologickém ústavu Akademie věd.