Az a tény, hogy a földi élet szempontjából kitüntetett helyet foglal el a szénatom, jól ismert. Annál kevésbé ismert viszont, hogy a kalcium is kiemelt jelentőségű az élő rendszerek működésében. Nyugodtan kijelenthetjük, hogy kalcium nélkül nincs élet: hiányában nem tud működni az idegrendszer, az izmok nem húzódnak össze, a sejtek nem szaporodnak, és a sejteken belül nincs a külső ingereket követő belső jelátvitel, amely alapvető a sejtek külső hatásokra adott válasza szempontjából. A kalcium 99%-a a csontban raktározódik, a maradék 1% található az intra- és extracelluláris térben. A keringésben lévő kalcium közel fele ionos állapotban van, és ez a döntő a biológiai hatást illetően. A keringésben a kalciumkoncentráció rendkívül szűk tartományban mozoghat csak, mivel ez az optimális a biológiai rendszerek működéséhez. Az étkezés során a szervezetbe kerülő kalciumfelesleget hormonális és lokális faktorokból álló szabályozórendszer a csontba deponálja, míg kalciumhiányban (kalciumban szegény táplálék vagy éhezés esetén) ugyanez a rendszer a csontból mobilizálja, annak érdekében, hogy a vér kalciumkoncentrációja az említett határokon belül maradjon.

A csontanyagcsere szabályozásának felborulása betegségekhez vezet, amelyeket anyagcsere-csontbetegségeknek nevezünk. Ezek közül a legnagyobb jelentőségű a csontritkulás (1. ábra). Amennyiben több csont bomlik el, mint amennyi képződik, vagy csökken a csontképzés a normális csontvesztéshez képest, osteoporosis keletkezik. A betegség megjelenhet mint az öregedéshez társuló jelenség, de kialakulhat más, a csontszövetet is érintő kórkép következtében. Az öregedéshez társuló, ún. primer forma a mai fejlett társadalmakban, ahol elég hosszú ideig élnek az emberek, rendkívül elterjedt. Magyarországon mintegy 600 ezer nő és 300 ezer férfi szenved ebben a betegségben. A csontritkulás következménye a csonttörés. A combnyaktörést szenvedők fél éven belüli halálozása 15%. A hazai évi 15 ezer osteoporotikus combnyaktörés így kb. 2000–2500 emberéletet követel minden évben. A csigolya- vagy combnyaktörést túlélők kb. fele tartósan mozgáskorlátozott, önellátásra képtelen lesz, aminek a társadalmi, gazdasági következményei beláthatatlanok. Mindebből érthető, hogy a csontritkulás és egyéb anyagcsere- csontbetegségek diagnosztikájában és kezelésében történő bármilyen előrelépés jelentős erkölcsi, gazdasági és társadalmi konzekvenciákkal járhat.

Orosz László genetikus akadémikussal (ELTE Genetikai Tanszék) közösen 2001-től kezdtük meg vizsgálatainkat. A gímszarvas fiziológiás csontritkulásából indultunk ki. A szarvasagancs fejlődésekor először a porcos váz alakul ki, amely aztán néhány hét alatt el­meszesedik. Ilyen gyorsan nem tud a szarvas megfelelő mennyiségű kalciumhoz jutni, ezért a csontvázából mobilizálódó kalcium kerül az agancs állományába. Ennek következtében a szarvas csontritkulásos lesz. Az ezt követő időszakban kalciumban dús táplálék fogyasztásával néhány hónap alatt visszapótolja az elveszett csontszövetet, azaz megfordítja a csontritkulásos folyamatot. Ez minden évben ugyanígy lejátszódik. Tekintettel arra, hogy a szarvas és az ember genetikai állománya sok ponton hasonlóságot mutat, azt gondoltuk, hogy a szarvas fiziológiás osteoporosisát irányító gének azonosításával a humán diagnosztikában, és esetleg a terápiában is felhasználható információkhoz juthatunk.

A szarvasok nyugalmi periódusában, az agancs növekedésekor, illetve az elveszett csontszövet visszapótlásának időszakában csontmintákat vettünk, és az ezekből végzett génexpressziós mintázat analízisével sikerült a folyamatot szabályozó gének csoportjait meghatározni. Ekkor munkakapcsolatot építettünk ki Podani János biostatisztikus professzorral (ELTE Növényrendszertani és Ökológiai Tanszék). Nagy érzékenységű statisztikai módszerekkel (főkomponens- és diszkriminancia-analízisekkel) csupán csak a génexpressziós mintázat alapján el tudtuk különíteni a csontritkulásos egyedeket a többi fázistól, valamint szignalizációs útvonalakat azonosítottunk.

A szarvasagancs-növekedés, illetve a kialakuló osteoporosis és az elveszett csont visszatöltődésében szerepet játszó gének megismerése után, ugyanezeket a géneket, illetve humán ortológjaikat kezdtük tanulmányozni humán csontmintákban. Egy összesen százhúsz génből álló panelt állítottunk össze. A csontmintákat csípőműtétek alkalmával nyertük, természetesen etikai engedély és a beteg beleegyezésének birtokában. Először egészséges, még menstruáló (premenopauzás) és már klimaxban lévő (posztmenopauzás) nők csontjait vizsgáltuk. Ezzel azt kívántuk megtudni, hogy a menopauzát előidéző ösztrogén- (női hormon) hiány miképpen befolyásolja a százhúsz kulcsfontosságú gén működését. Érdekes változásokat találtunk, amelyeknek elméleti jelentőségük is lehet, még érdekesebb azonban, hogy az általunk alkalmazott statisztikai módszerekkel (főkomponens és diszkriminancia-analízis) el tudtuk különíteni – tisztán genetikai alapon – a pre- és poszt­menopauzás személyeket.

Ezután következett a posztmenopauzás csontritkulásos csontminták vizsgálata, amelyek eredményét a posztmenopauzás egészséges csontok génexpressziós mintázatához hasonlítottuk. Ugyanazt a százhúsz gént elemezve, megdöbbentő módon csupán genetikai alapon elkülöníthető volt az egészséges csoport a betegtől. Ezen belül is a gének csoportokba rendezhetőek voltak. Feltűnő,

de egyben érthető is volt, hogy a legtöbb változást mutató gén ösztrogének által befolyásolható volt, azaz rendelkeztek ún. ösztrogénnel interakcióba lépő területtel (estrogen responsive element – ERE), vagyis a promoter régiójukban megtalálható volt olyan terület, amelyhez kötődve az ösztrogén jelentősen meg tudta változtatni az adott gén működését. Több fontos jelátviteli utat sikerült azonosítani, amelyek így terápiásan befolyásolható célpontként szóba jönnek a jövő gyógyszerfejlesztéseiben. Ennél korábbi haszna lehet ezen eredményeinknek, hogy az általunk kialakított, százhúsz gént tartalmazó makroarray-nek az egészségest a betegtől elkülönítő képessége diagnosztikai lehetőségeket rejt magában.

A csontanyagcsere – most már humán értelemben is bizonyított – százhúsz génjének fenti stratégiájú vizsgálata más anyagcsere-csontbetegségekre is alkalmazható. Így fibrosus dysplasiában (kötőszöveti átépüléssel járó csontbetegség) és combfej nekrózisban (a combfej teljes szétesése) is végeztünk, illetve végzünk vizsgálatokat, ahol szintén komoly eredmények mutatkoznak mind elméletileg (mely gének játszanak szerepet ezen betegségek kialakulásában), mind a gyakorlatban, mivel ezekben az esetekben is genetikai alapon elkülöníthetővé vált az egészséges a kórostól. Sőt, az osteoporotikusok immunrendszeré­nek meghatározó génjeit vizsgálva, találtunk olyan géncsoportokat (például a T-sejt aktivitást vagy a fagocitózist befolyásolókat), amelyek szignifikáns változást mutatnak a csontritkulásos egyénekben, és amelyek alapján megint csak el tudtuk különíteni a beteget az egészségestől. Az immunrendszer ilyetén szerepe csak első pillanatra meglepő, ám érthetővé válik, ha arra gondolunk, hogy a csontvelőben az immunrendszer sejtjei szoros „szimbiózisban” élnek a csontrendszer sejtjeivel, és elkerülhetetlen, hogy a különböző anyagok termelésével hassanak egymásra.

A fenti megközelítéssel néhány olyan gén szerepére is fény derült, amelyek eddig fel sem merültek a csontanyagcserével kapcsolatban. Mindez olyan új elméleti ismereteket jelent, amelyek az anyagcsere-csontbetegségek kialakulásának lehetséges útjait új megvilágításba helyezik. A vizsgálataink egyúttal arra is adatot szolgáltattak, hogy egyes gének szabályozása miként történik. Ez megteremtheti az alapját a gyógyszeres intervenciónak. Másrészt pedig, a legfontosabb gének egy-egy báziscserén alapuló ún. polimorfizmusait vizsgálva olyan genetikai konstellációkat (haplotípusokat) azonosítottunk, amelyek hajlamosítanak csontvesztésre és következményes csonttörésre. Ilyen például az az általunk azonosított haplotípus, amelyben a RANK (receptor aktivátor nukleáris faktor kappa) ligand génje nagyobb hatékonysággal működve több RANK-ligandot állít elő, fokozva ezzel a csontfaló osteoclastok érését és működését, ezáltal a csontbontást, és végső soron komolyan növelve az ilyen genetikájú személyek csonttörési kockázatát. Ezekkel az ismeretekkel a megelőzést segíthetjük.

További terveinkben szerepel pl. az agancsciklus szérumbiokémiai lekövetése, keresendő azokat a jelmintázatokat, amelyek a génexpressziós mintázatok lenyomatai, majd ezek továbbfejlesztése diagnosztikai eljárások irányába. Az elmúlt nyolc év a tudományos ismereteken túl további fontos tanulságokkal is szolgált: különböző szakterületek eszmecseréjéből nagyszerű ötletek, a kollaborációból pedig fantasztikus eredmények születhetnek. Talán érdemes lenne a multidiszciplináris információcseréket és közös munkákat jobban előtérbe helyezni és támogatni.
 

Kulcsszavak: csontritkulás, genetika, szarvasagancs, génexpresszió, diszkriminancia-analízis, ösztrogének, immunrendszer, génpolimorfizmus, haplotípus, RANKL
 

IRODALOM

Balla Bernadett – Kósa J. P. – Kiss J. – Borsy A. – Podani J. – Takács I. – Lazáry A. – Nagy Z. – Bácsi K. – Speer G. – Orosz L. – Lakatos P. (2008): Different Gene Expression Patterns in the Bone Tissue of Aging Post­menopausal Osteoporotic and Non-Osteoporotic Women. Calcified Tissue International. 82, 12–26.

Balla Bernadett – Kósa J. P. – Kiss J. – Podani J. – Takács I. – Lazáry Á. – Nagy Z. – Bácsi K. – Speer G. – Lakatos P. (2009): Transcriptional Profiling of Immune System-Related Genes in Postmenopausal Osteoporotic Versus Non-Osteoporotic Human Bone Tissue. Clinical Immunology. 19 Feb [Epub ahead of print]

Borsy Adrienn – Podani J. – Stéger V. – Balla B. – Horváth A. – Kósa J. P. – Gyurján I. Jr. – Molnár A. – Szabolcsi Z. – Szabó L. – Jakó E. – Zomborszky Z. – Nagy J. – Semsey S. – Vellai T. – Lakatos P. – Orosz L. (2009): Identifying Novel Genes Involved in Both Deer Physiological and Human Pathological Osteoporosis. Molecular Genetics and Genomics. 281, 3, 301–313.

Gyurján István – Molnár A. – Borsy A. – Stéger V. – Hacklet L. – Zomborszky Z. – Papp P. – Duda E. – Dea F. – Lakatos P. – Puskás G. l. – Orosz L. (2007): Gene Expression Dynamics in Deer Antler: Mesenchymal Differentiation toward Chondrogenesis. Molecular Genetics and Genomics. 277, 221–235.

Kósa János P. – Balla B. – Speer G. – Kiss J. – Borsy A. – Podani J. – Takács I. – Lazáry Á. – Nagy Zs. – Bácsi K. – Orosz L. – Lakatos P. (2009): Effect of Menopause on Gene Expression Pattern in Bone Tissue of Nonosteoporotic Women. Menopause. 16, 2, 367–377.

Lazáry Áron – Kósa J. P. – Tobiás B. – Lazáry. J – Balla B. – Bácsi K. – Takács I. – Nagy Z. – Mező T. – Speer G. – Lakatos P. (2008): Single Nucleotid Poly­­morphism in New Candidate Genes Are Associated with Bone and Mineral Density and Fracture Risk. European Journal of Endocrinology. 159, 187–196.

MTA honlapja:  WEBCÍM >