STARZENIE SI¢ I USZKODZENIA
soczewki mogà powodowaç zaçm´, która
powa˝nie zaburza zdolnoÊç widzenia.

Podczas powstawania
soczewki oka komórki
uruchamiajà program
samobójczej Êmierci,
a potem go wy∏àczajà.
Poznanie tego zjawiska
mo˝e okazaç si´
prze∏omem w leczeniu
zaçmy oraz choroby
Parkinsona i Alzheimera

Ralf Dahm

LISTOPAD 2004 ÂWIAT NAUKI

33

RENEE L

YNN

Corbis

(antylopy i lwice

); JANA BRENNING (

fotokompozycja

)

Soczewka oka

jest jedynà

przezroczystà tkankà w organizmie cz∏owieka. W ciàgu kilku
minionych lat naukowcy ustalili, ˝e ta nieodzowna do pra-
wid∏owego skupiania Êwiat∏a struktura powstaje dzi´ki wy-
jàtkowej zdolnoÊci komórek do wstrzymywania uruchomio-
nego programu samozniszczenia tu˝ przed jego koƒcem. W
ten sposób powstajà zupe∏nie puste, ale nadspodziewanie
trwa∏e komórki, które mogà przepuszczaç Êwiat∏o widzialne.

Gdy dok∏adniej zrozumiemy, jak tworzà si´ komórki

soczewki, mo˝e uda nam si´ zapobiegaç jej m´tnieniu powo-
dujàcemu zaçm´. Choroba ta jest przyczynà post´pujàcego
pogarszania si´ wzroku u co drugiego cz∏owieka po 65 roku ˝y-
cia*. Nadal jedynym ratunkiem jest dla nich chirurgiczne usu-
ni´cie matowiejàcej soczewki i wstawienie w jej miejsce sztucz-
nego implantu. Jednak powik∏ania, które pojawiajà si´ po
wi´kszoÊci zabiegów, zmuszajà do przeprowadzenia kolejnej
operacji. Wziàwszy pod uwag´, ˝e zaçma dotyczy g∏ównie
osób starszych, dla których ka˝dy zabieg chirurgiczny jest ry-
zykowny, lepiej by∏oby stosowaç jakàÊ innà metod´ spowol-
nienia, zatrzymania lub nawet cofni´cia choroby.

Nowe, szczegó∏owe informacje o tym, jak w oku kontrolo-

wana jest samobójcza Êmierç komórek, mo˝na by wykorzystaç
nie tylko do ochrony wzroku, ale tak˝e w leczeniu na przyk∏ad
chorób Alzheimera i Parkinsona oraz AIDS, spodowowanych
nadmiernym bàdê nieprawid∏owym zamieraniem komórek.

Na granicy ˝ycia

SOCZEWKA OKA

to prawdziwy cud ewolucji. Jest jednoczeÊnie

zwarta, elastyczna i przezroczysta. Gdyby by∏a choç odrobi-
n´ m´tna, postrzegany przez nas Êwiat przekszta∏ci∏by si´ w
gabinet krzywych luster, pe∏en wypaczonych i rozmazanych
obrazów oraz oÊlepiajàcych b∏ysków. A jeÊli soczewka zawie-
ra∏aby jakiÊ barwnik, poch∏ania∏by on Êwiat∏o, uniemo˝liwia-
jàc dostrzeganie niektórych kolorów.

Wiele zwierzàt ma przeÊwitujàce cz´Êci cia∏a – przyk∏adem

sà skrzyd∏a owadów – jednak ca∏kowicie przezroczysta tkan-
ka jest w przyrodzie rzadkoÊcià. Rogówka w ludzkim oku te˝
jest przezroczysta, ale to raczej bardzo cienka, galaretowata
struktura zbudowana z bia∏ek i cukrów ni˝ prawdziwa tkan-
ka. Soczewka natomiast sk∏ada si´ z oko∏o 1000 warstw ide-
alnie przejrzystych ˝ywych komórek. PrzezroczystoÊç w przy-
rodzie wykorzystywana jest nie tylko w narzàdach wzroku:
niektóre zwierz´ta zamieszkujàce oceany i jeziora dzi´ki prze-
zroczystym tkankom mogà ukrywaç si´ przed drapie˝nika-
mi. Jednak wi´kszoÊç z nich, na przyk∏ad meduzy, nie jest
ca∏kowicie przejrzysta.

PrzezroczystoÊç jest cechà niezwyk∏à, choçby dlatego ˝e w

ka˝dej komórce znajdujà si´ organelle – wewn´trzne struktu-
ry, jak jàdro komórkowe (a w nim DNA), mitochondria wytwa-
rzajàce energi´ oraz aparat Golgiego i siateczka Êródplazma-
tyczna, które biorà udzia∏ w syntezie lipidów i bia∏ek. Ka˝da
struktura ma inny wspó∏czynnik za∏amania Êwiat∏a. Na gra-
nicy struktur cz´Êç padajàcego Êwiat∏a odbija si´ i rozprasza,
co oznacza zmniejszenie przezroczystoÊci.

Dodatkowo niektóre sk∏adniki komórek poch∏aniajà Êwia-

t∏o o okreÊlonej d∏ugoÊci fali. Na przyk∏ad hem znajdujàcy
si´ w hemoglobinie sprawia, ˝e erytrocyty przybierajà cha-
rakterystyczny czerwony kolor. Poniewa˝ krew dociera do

34

ÂWIAT NAUKI LISTOPAD 2004

SOCZEWKA OKA:

UK¸AD KOMÓREK tworzàcych soczewk´ i niezwyk∏y program
ich rozwoju sprawiajà, ˝e tkanka ta jest przezroczysta. Komór-
ki ca∏kowicie ukszta∏towanej soczewki dopasowujà si´ do sie-
bie, formujàc niemal krystalicznà struktur´, która ogranicza
rozpraszanie Êwiat∏a (rysunek z prawej i mikrofotografie z pra-
wej). Podczas rozwoju pozbywajà si´ materia∏u utrudniajàcego
przechodzenie Êwiat∏a, inicjujàc samobójczy program, który po-
woduje usuni´cie z ich wn´trza wszystkich organelli (na dole z
prawej). Proces ten zatrzymuje si´ tu˝ przed Êmiercià komórki.

Soczewka

LISTOPAD 2004 ÂWIAT NAUKI

35

KEITH KASNOT (

rysunki

); RALF DAHM (

na gór

ze, zdj´cie ze skaningowego mikr

oskopu elektr

onowego, warstwy

); AL

AN R

. PRESCOTT

University of Dundee, Szkocja

(na gór

ze, zdj´cie ze skaningowego mikr

oskopu elektr

onowego, uk∏ad komór

ek

);

Z: „DEVEL

OPMENT OF A MACROMOLECUL

AR DIFFUSION P

A

THW

A

Y IN THE LENS”, V

. I.

SHESTOP

AL

OV I

S. BASSNETT

;

JOURNAL OF CELL SCIENCE

, tom 15; 2003 (

na dole, dwa zdj´cia komór

e

k

); RALF DAHM (

na dole, czter

y zdj´cia zanikajàcego jàdra

)

SAMOBÓJSTWO DLA PRZEJRZYSTOÂCI

WARSTWY KOMÓREK SOCZEWKI uk∏adajà si´
równolegle (na górze), dzi´ki czemu Êwiat∏o prze-
chodzi przez nie prostopadle jak w widocznej na
zdj´ciu soczewce wo∏u. W warstwie przylegajà-
ce do siebie komórki zaz´biajà si´ jak elementy
puzzli, co zapobiega powstawaniu przerw, gdy
soczewka zmienia kszta∏t podczas ustawiania
ostroÊci widzenia. Na tak u∏o˝onych komórkach
Êwiat∏o si´ nie rozprasza.

ROZWÓJ SOCZEWKI rozpoczyna si´ we wczesnym
stadium zarodkowym, gdy niezró˝nicowane komórki
macierzyste wyÊcie∏ajàce kulisty p´cherzyk (z lewej
na górze) przekszta∏cajà si´ w komórki soczewki, któ-
re wype∏niajà ca∏à jego przestrzeƒ (z lewej na dole).
Nast´pnie ró˝nicujàce komórki macierzyste wyd∏u˝a-
jà si´ wokó∏ zewn´trznej powierzchni, tworzàc tzw.
komórki w∏ókniste, które uk∏adajà si´ jak warstwy
cebuli (na górze). Poczàtkowo wszystkie komórki ma-
jà organelle. Gdy jednak zostanà otoczone przez now-
sze komórki, rozpoczynajà degradacj´ swych sk∏ad-
ników (z prawej). Zniszczeniu nie ulega jedynie
otaczajàca organelle b∏ona komórkowa oraz g´sty roz-
twór bia∏ek – krystalin. Ta „ledwie ˝ywa” tkanka ma
w ca∏ej obj´toÊci identyczny wspó∏czynnik za∏amania
Êwiat∏a, praktycznie wi´c go nie rozprasza.

NOWE KOMÓRKI w rozwijajàcej si´ (na dole z lewej)
i niemal ca∏kowicie rozwini´tej (na dole z prawej) so-
czewce myszy rozciàgajà si´ w dó∏ prostopadle do jej
równika. Nast´pnie sà skutecznie przesuwane do Êrod-
ka i w miar´ jak pokrywajà je nowsze komórki. Jàdra
komórkowe (czerwony) przemieszczajà si´ w dó∏ i utrzy-
mujà przez pewien czas, ale zanikajà, gdy zostanà za-
kryte przez inne komórki.

Komórka macierzysta

Zanikajàce

jàdro komórkowe

Rdzeƒ

Komórka macierzysta

Jàdro

komórkowe

Komórka
soczewki

ZANIKANIE JÑDRA w komórce soczewki trwa kilka dni.
JednoczeÊnie zachodzi w nich degradacja otoczki jàdro-
wej i DNA (z prawej).

narzàdów wewn´trznych i tkanki mi´Êniowej, nadaje im ró˝-
ne odcienie czerwieni. Ponadto wiele komórek, szczególnie we
w∏osach i skórze, zawiera melanin´ – barwiàcà je w kolorach
od czerwonego po czarny.

Soczewka nie jest ukrwiona i nie zawiera melaniny, jed-

nak to jeszcze nie zapewnia jej przezroczystoÊci. Chrzàstka tak-
˝e nie ma melaniny, naczyƒ krwionoÊnych i ˝adnego koloru,
ale jest co najwy˝ej przeÊwitujàca. Dzieje si´ tak dlatego, ˝e

prawie we wszystkich tkankach komórki i w∏ókna, ró˝niàce
si´ przecie˝ wspó∏czynnikiem za∏amania Êwiat∏a, sà ustawio-
ne pod ró˝nymi kàtami, a taki uk∏ad powoduje silne rozpro-
szenie Êwiat∏a. Soczewk´ natomiast tworzà równo u∏o˝one
komórki jednego typu.

Do komórek soczewki nie dochodzà ani naczynia krwio-

noÊne, ani w∏ókna nerwowe i nie ma ona ˝adnych organel-
li. Czy mo˝emy wobec tego uznaç, ˝e sà ˝ywe? Odpowiedê
zale˝y od tego, jak zdefiniujemy ˝ycie. Naszà planet´ za-
siedla wiele ma∏ych zwierzàt niemajàcych uk∏adu krwio-
noÊnego. Do ludzkiej chrzàstki nie dociera krew, ale ˝aden
biolog nie ma wàtpliwoÊci – jest ona ˝ywa. JeÊli wi´c „˝ywy”
odnosi si´ do komórki, w której zachodzi przemiana ma-
terii, to komórki soczewki sà – choç ledwie – ˝ywe. Mimo ˝e
nie majà mitochondriów odpowiedzialnych za wytwarzanie
energii, okreÊlone sk∏adniki od˝ywcze i inne czàsteczki
chemiczne dyfundujà do zewn´trznych komórek soczewki,
a nast´pnie, z komórki do komórki, wolno przedostajà si´
g∏´biej.

M∏ode komórki soczewki, które powstajà z komórek macie-

rzystych w rozwijajàcym si´ p∏odzie, zawierajà organelle. Jed-
nak te wewnàtrzkomórkowe struktury ulegajà degradacji na
wczesnych etapach rozwoju. (To samo dzieje si´ w nowych ko-
mórkach okresowo wytwarzanych podczas doros∏ego ˝ycia).
Jedyne, co pozostaje, to cytoplazma – niezwykle g´sty roztwór
bia∏ek zwanych krystalinami. Chocia˝ mówi si´, ˝e soczewka
ma struktur´ krystalicznà, to chemicy nie zgodziliby si´ z tym.
W krysztale wszystkie czàsteczki sà jednakowo u∏o˝one wzgl´-
dem siebie, w powtórzonym wielokrotnie uk∏adzie geometrycz-
nym. Soczewka zaÊ jest „kryszta∏em biologicznym” zbudo-
wanym z bardzo regularnie rozmieszczonych komórek. Ka˝da
z nich zawiera bia∏ko – krystalin´ – które tworzy kompleksy
uk∏adajàce si´ w parakrystaliczny wzór. Dzi´ki takiemu roz-
mieszczeniu czàsteczek krystaliny cytoplazma wydaje si´ optycz-
nie jednorodna i ma taki sam wspó∏czynnik za∏amania Êwiat∏a
w ka˝dym punkcie ka˝dej komórki.

Spojrzenie przez matowe szk∏o

PRZEJRZYSTOÂ

å

jest jednak kosztowna. Komórki soczewki prze-

˝ywajà wprawdzie kontrolowane samobójstwo organelli, ale
ta degradacja ma powa˝ne konsekwencje. Brak jàder komór-
kowych to brak programu genetycznego, który umo˝liwia
tworzenie nowych elementów. Dojrza∏e komórki soczewki
– inaczej ni˝ komórki pozosta∏ych tkanek – nie mogà si´ re-
generowaç i naprawiaç uszkodzeƒ.

ZdolnoÊç do wymiany uszkodzonych struktur jest podsta-

wowà zaletà systemów biologicznych. Okres pó∏trwania czà-
steczek budujàcych ludzkie komórki wynosi zwykle od kilku
minut do kilku dni. Po up∏ywie oko∏o szeÊciu miesi´cy 90%
tych czàsteczek zostaje wymienionych na nowe. Komórki so-
czewki muszà jednak funkcjonowaç przez ca∏e nasze ˝ycie. To
imponujàco d∏ugo.

Brak zdolnoÊci naprawiania w∏asnych struktur sprawia,

˝e komórki soczewki sà szczególnie wra˝liwe na pewne czyn-
niki. Na przyk∏ad silne odwodnienie mo˝e spowodowaç wy-
tràcanie krystalin i kurczenie si´ komórek, które nast´pnie
przekszta∏cajà si´ w zbità grudk´. Taka grudka lokalnie zmie-
nia wspó∏czynnik za∏amania Êwiat∏a i w polu widzenia poja-
wia si´ mglista plama. Wystarczy kilka tygodni silnego od-
wodnienia, by zacz´∏a si´ rozwijaç zaçma.

36

ÂWIAT NAUKI LISTOPAD 2004

KEITH KASNOT

Bràzowe czy niebieskie

BUDOWA NARZÑDU WZROKU i mechanizm skupiania Êwiat∏a przez
soczewk´ (rysunek) t∏umaczà nie tylko, dlaczego widzimy, ale równie˝
dlaczego mamy bràzowe, piwne, niebieskie, a czasem, na zdj´ciach,
czerwone oczy. T´czówka zatrzymuje wi´kszoÊç Êwiat∏a, pozostawia-
jàc okràg∏y otwór – êrenic´ – przez który promienie Êwiat∏a docierajà
do soczewki, a ta nast´pnie skupia je na siatkówce. Âwiat∏o, które
pada na t´czówk´, jest rozpraszane. Im fala krótsza, tym bardziej si´
rozprasza. Dlatego niebieskie Êwiat∏o skuteczniej rozprasza si´ ni˝
czerwone, nadajàc t´czówce „naturalny” niebieski kolor. (To samo zja-
wisko sprawia, ˝e niebo i morze sà b∏´kitne). T´czówka zawiera jesz-
cze dodatkowo melanin´ – barwnik, który absorbuje Êwiat∏o o ró˝nych
d∏ugoÊciach fali. Du˝a iloÊç melaniny poch∏onie wi´kszoÊç Êwiat∏a,
t´czówka b´dzie wi´c ciemnobràzowa. Mniej barwnika w t´czówce na-
da jej kolor jasnobràzowy, jeszcze mniejsza – zielony, a bardzo ma∏a
iloÊç sprawi, ˝e b´dzie dominowa∏ b∏´kit.

èrenica wydaje si´ czarna, poniewa˝ bogata w melanin´ warstwa

komórek le˝àca tu˝ za siatkówkà – nab∏onek barwnikowy siatków-
ki – absorbuje ca∏e Êwiat∏o, które przesz∏o przez siatkówk´. Jest to
ochrona przed chaotycznym odbijaniem Êwiat∏a wstecz, w kierunku
fotoreceptorów, które mog∏oby powodowaç rozmywanie si´ obrazu.
(Takà samà funkcj´ pe∏ni czarna od Êrodka obudowa aparatu
fotograficznego). Poniewa˝ ˝adne Êwiat∏o nie wydostaje si´ przez
êrenic´, wydaje si´ ona czarna.

U albinosa melanina nie powstaje, nab∏onek barwnikowy siatków-

ki nie absorbuje wi´c wi´kszoÊci Êwiat∏a. Powoduje to os∏abienie
widzenia, a gdy jest bardzo jasno – niemal Êlepot´. Âwiat∏o z powro-
tem odbija si´ w kierunku t´czówki i êrenicy, oÊwietla naczynia krwio-
noÊne i sprawia, ˝e majà ró˝owy lub czerwonawy kolor. Podobne zja-
wisko mo˝na zaobserwowaç u ka˝dego na zdj´ciach wykonanych z
lampà b∏yskowà – zbyt intensywne Êwiat∏o nie jest ca∏kowicie poch∏a-
niane przez komórki nab∏onka i na fotografii widaç „czerwone oczy”.

Soczewka

Nab∏onek
barwnikowy
siatkówki

T´czówka

èrenica

Twardówka

Rogówka

Siatkówka

Nawet jeÊli do tego nie dojdzie, to i tak z powodu braku

procesów naprawczych w komórkach soczewki wszelkiego
typu drobne urazy b´dà si´ kumulowaç. Regularne nara˝anie
oka na dzia∏anie wolnych rodników tlenowych, promie-
niowania ultrafioletowego lub latami podniesionego pozio-
mu glukozy we krwi chorych na cukrzyc´ w wielu przypad-
kach prowadzi do zaçmy i w konsekwencji do interwencji
chirurgicznej.

Wzmianki o usuwaniu zm´tnia∏ej soczewki oka znajdujemy

ju˝ w pochodzàcym z XVIII wieku p.n.e. kodeksie Hammu-
rabiego. W staro˝ytnych egipskich oraz Êredniowiecznych
europejskich i islamskich tekstach znajdujà si´ opisy zabiegów
oddzielania soczewki od mi´Ênia rz´skowego i wpychania jej
do cieczy szklistej – g´stego p∏ynu znajdujàcego si´ w tylnej
cz´Êci oka. W ten sposób ods∏aniano Êwiat∏u drog´ do siat-
kówki, ale równoczeÊnie usuwano element, który to Êwiat∏o
na niej ogniskowa∏. Po zabiegu pacjenci widzieli jedynie roz-
mazane obrazy, jakby p∏ywali pod wodà z otwartymi oczami.

Szk∏a optyczne, których zacz´to u˝ywaç na prze∏omie XVII

i XVIII wieku, kompensowa∏y brak zdolnoÊci skupiania
Êwiat∏a. A obecnie stosowane sztuczne soczewki eliminujà
koniecznoÊç noszenia okularów. W samych tylko Stanach
Zjednoczonych lekarze ka˝dego roku przeprowadzajà
ponad milion operacji usuni´cia zaçmy. Na szcz´Êcie dziÊ
zabieg ten jest skuteczny niemal w 100% i trwa nie d∏u-
˝ej ni˝ 45 min. Mimo to nadal u oko∏o jednej trzeciej pa-
cjentów dochodzi do rozwoju tzw. zaçmy resztkowej (zaçmy
wtórnej) wywo∏ywanej przez niezró˝nicowane komórki
macierzyste przypadkowo pozostawione podczas operacji.
Komórki te zaczynajà si´ dzieliç, jednak ich rozwój przebie-
ga inaczej ni˝ podczas embriogenezy – tym razem tworzà
niekszta∏tnà mas´, która zas∏ania pole widzenia i musi byç
usuni´ta chirurgicznie. Szacuje si´, ˝e w krajach rozwija-
jàcych si´, w których opieka medyczna jest niedostateczna,
zaçma jest przyczynà po∏owy wszystkich przypadków Êle-
poty. W Indiach co roku powoduje utrat´ wzroku u oko∏o
3.8 mln ludzi.

Nie doÊç, ˝e soczewka jest podatna na m´tnienie, to z up∏y-

wem lat ma tendencj´ do ˝ó∏kni´cia. Jest to spowodowane

powolnym gromadzaniem si´ bia∏ek absorbujàcych Êwiat∏o
niebieskie i zielone. W rezultacie przestaje ono docieraç do
siatkówki, a soczewka nabiera ˝ó∏tego lub bràzowawego od-
cienia. Do siatkówki docierajà tylko czerwienie, ˝ó∏cie i brà-
zy, co powoduje zmian´ postrzegania kolorów otaczajàcego
Êwiata [ramka na nast´pnej stronie].

Kontrolowane samobójstwo

NAUKOWCY W OSTATNICH LATACH

badali nie tylko budow´ so-

czewki oraz pogarszajàcà si´ z wiekiem jej funkcjonalnoÊç,
ale ustalili te˝ wiele wa˝nych faktów. Odkryli, ˝e mechanizm
systematycznego usuwania w∏asnych organelli przez soczew-
k´ mo˝na b´dzie wykorzystaç podczas leczenia gn´biàcych
ludzkoÊç chorób neurodegeneracyjnych.

Komórki soczewki, tak jak wszystkie inne, poczàtkowo za-

wierajà organelle, gdy˝ powstajà na wczesnych etapach roz-
woju zarodkowego z komórek macierzystych. Podczas ró˝-
nicowania jednak niszczà i usuwajà w∏asne wewn´trzne
struktury, aby staç si´ przezroczyste. Na pierwszy rzut oka
nie ma w tym nic dziwnego. Zastanówmy si´ jednak, co si´
dzieje z innymi komórkami, w których dojdzie do niewielkie-
go choçby uszkodzenia DNA: rozpoczyna si´ w nich nieod-
wracalny proces zwany apoptozà lub programowanà Êmier-
cià. Destrukcyjne enzymy syntetyzowane przez komórk´ tnà
jej DNA oraz najwa˝niejsze bia∏ka na drobne kawa∏ki, a mi-
tochondria wstrzymujà wytwarzanie energii. Komórka rozpa-
da si´ na fragmenty i zanika. Zwykle uszkodzona komórka

LISTOPAD 2004 ÂWIAT NAUKI

37

ALICE CHEN (

rysunek

); SCIENCE PHOTO LIBRARY (

zdj´cie

)

STOPNIOWE M¢TNIENIE soczewki – zaçma
– os∏abia wzrok i ka˝dego roku powoduje Êle-
pot´ milionów ludzi. Komórki soczewki wy-
pe∏nione sà g´stym roztworem bia∏ka – kry-
staliny – tworzàcego regularny uk∏ad (a).

Naukowcy nie sà jeszcze pewni dlaczego,
ale gdy w krystalinach nagromadzà si´ uszko-
dzenia powodowane przez ultrafiolet, utle-
nianie i odwodnienie, dochodzi do rozfa∏do-
wania w∏ókien (b). Odkszta∏cone w∏ókna
zaczynajà agregowaç w splàtanà, nieregu-
larnà mas´ (c). Powstajàce w ten sposób
grudki w jednolitym materiale soczewki (zdj´-

cie) blokujà lub zniekszta∏cajà przechodzàce
przez nie Êwiat∏o, tworzàc w polu widzenia
m´tnà plamk´. Podwy˝szony poziom niepra-
wid∏owo sfa∏dowanych bia∏ek stwierdza si´
tak˝e w mózgach osób cierpiàcych na choro-
by Alzheimera i Parkinsona. Dlatego naukow-
cy usilnie poszukujà wspólnych mechaniz-
mów tych zjawisk.

Jak powstaje zaçma

RALF DAHM jest kierownikiem projektu w Max-Planck-Institut für
Entwicklungsbiologie w Tybindze w Niemczech. Doktorat z bioche-
mii obroni∏ w Univeristy of Dundee w Szkocji. Nadzoruje tak˝e
paneuropejski projekt wykorzystania rybki akwariowej – dania pr´-
gowanego – jako modelu do badania rozwoju zarodkowego i chorób
cz∏owieka. Jest jednym z redaktorów ksià˝ki Zebrafish: A Practical
Approach wydanej przez Oxford University Press w 2002 roku oraz
autorem ksià˝ek popularnonaukowych o rozwoju zarodkowym cz∏o-
wieka, komórkach macierzystych i klonowaniu. Dahma fascynuje
równie˝ to, jak choroby oczu zmieniajà sposób widzenia Êwiata
przez artystów.

O

AUTORZE

a

b

c

pope∏nia samobójstwo, by zrobiç miejsce nowym, zdrowym ko-
mórkom. W przeciwnym razie narzàd lub tkanka, w których
dosz∏oby do nagromadzenia si´ takich komórek, nie móg∏by
prawid∏owo funkcjonowaç. W niektórych przypadkach sa-
mobójstwo komórek chroni organizm przed ich niekontrolo-
wanym podzia∏em i nowotworzeniem. Komórki soczewki
niszczà w∏asne jàdro i wszystkie organelle, potrafià jednak
zatrzymaç ten proces, zanim dojdzie do ca∏kowitej destrukcji.
Nietkni´te pozostajà b∏ona komórkowa, bia∏kowy cytoszkie-
let oraz g´sta cytoplazma wype∏niona krystalinami [ramka
na stronach 34–35].

Mo˝liwoÊç zatrzymania procesu samobójczej Êmierci ko-

mórki jest sporà niespodziankà. Do tej pory Êrodowisko na-
ukowe traktowa∏o apoptoz´ jako zjawisko ciàg∏e, którego nie
da si´ zahamowaç. Tymczasem okaza∏o si´, ˝e w soczewce
funkcjonuje nieznany dotàd uk∏ad, który steruje enzymami
destrukcyjnymi tak, by niszczy∏y tylko wybrane sk∏adniki ko-
mórkowe. Kilka lat temu razem z innymi badaczami soczew-

ki zacz´liÊmy podejrzewaç, ˝e mamy do czynienia z precy-
zyjnym mechanizmem hamujàcym. WykazaliÊmy, ˝e niektó-
re przedzia∏y, czyli kompartmenty, ró˝nicujàcych si´ komórek
– w tym jàdro komórkowe i mitochondria – ulegajà destruk-
cji tak samo, jak podczas pe∏nej apoptozy dojrza∏ych komórek.
Jednak inne kompartmenty, na przyk∏ad cytoszkielet, pozo-
stajà nienaruszone. A zatem komórki soczewki wykorzystujà
samobójczà maszyneri´ nie po to, by si´ zniszczyç, ale by
przeprowadziç ró˝nicowanie.

Natychmiast wpadliÊmy na pomys∏, ˝e mechanizm hamo-

wania apoptozy móg∏by powstrzymaç m.in. rozwój chorób
neurodegeneracyjnych, które charakteryzujà si´ nadmiernym
i niekontrolowanym zamieraniem komórek. By wykorzystaç
to zjawisko w leczeniu, musimy odkryç sygna∏y u˝ywane przez
komórki soczewki do zatrzymywania procesu destrukcji. Je-
Êli natomiast odkryjemy, co nak∏ania je do degradacji organel-
li komórkowych, mo˝e nauczymy si´ sk∏aniaç komórki
nowotworowe do samobójstwa.

38

ÂWIAT NAUKI LISTOPAD 2004

JAPO¡SKI MOSTEK, CL

A

UDE MONET

, PODARUNEK VICTORII NEBEKER COBERL

Y DL

A UCZCZENIA P

AMI¢CI JEJ SYNA, W

. MUDD, W

A

LTERA H

. I LEONORE

ANNENBERG, IMAGE ©

BOARD OF TRUSTEES,

NA

TIONAL GALLERY OF AR

T,

W

ASZYNG

TON (

z lewej

); MINNEAPOLIS INSTITUTE OF AR

TS, BEQUEST OF PUTNAM DANA MCMILL

AN (

z prawej

)

MALOWANE STARYMI OCZAMI

CLAUDE MONET namalowa∏ japoƒski mostek w swym ogrodzie w Giverny pod Pary˝em w 1899 roku (z lewej). Ten sam motyw uwieczni∏
ponownie mi´dzy 1918 a 1924 – zaçma jednak spowodowa∏a u niego utrat´ ostroÊci widzenia, a z˝ó∏kni´cie soczewek uniemo˝liwi∏o od-
bieranie niebieskiej i zielonej barwy, pozostawiajàc go w Êwiecie m´tnych czerwieni i bràzów.

FRANCUSKI IMPRESJONISTA Claude Mo-
net (1840–1926) do˝y∏ s´dziwego wieku. Na
staroÊç cierpia∏ jednak na zaçm´, powa˝nà
chorob´ oczu, która os∏abi∏a jego wzrok, a
z˝ó∏kni´cie soczewek mia∏o du˝y wp∏yw na
jego zdolnoÊç percepcji kolorów. Obrazy po-
chodzàce z dwu ostatnich dziesi´cioleci ˝ycia
artysty pokazujà, jak to powszechne upoÊle-
dzenie widzenia zmienia odbiór Êwiata.

Zaçma rozpoczyna si´ ˝ó∏kni´ciem soczew-

ki. Bia∏ka absorbujàce zimne kolory, jak fio-
letowy, niebieski, a póêniej tak˝e zielony, stop-
niowo gromadzi∏y si´ w jego soczewkach,
uniemo˝liwiajàc im dotarcie do siatkówki.
Dochodzi∏o jeszcze Êwiat∏o czerwone i ˝ó∏te,
i Monet widzia∏ Êwiat w coraz cieplejszych
barwach.

Potem zaçma zamgli∏a wzrok malarza. Tak

jakby od otoczenia oddzieli∏a go oszroniona
szyba. W tym czasie Monet mia∏ k∏opoty z roz-
ró˝nianiem kszta∏tów, coraz s∏abiej widzia∏ w
dziennym Êwietle, tak ˝e pod koniec ˝ycia
móg∏ jedynie odró˝niaç jasnoÊç od ciemnoÊci.

Po raz pierwszy Monet dostrzeg∏ zmian´

ostroÊci widzenia podczas wyprawy do Wene-
cji w 1908 roku. SzeÊçdziesi´ciooÊmioletni
malarz zaczà∏ mieç trudnoÊci z wyborem ko-
lorów. W 1912 roku jego lekarz zdiagnozo-
wa∏ w obu oczach zaçm´ i zaleci∏ operacj´. Ar-
tysta jednak, obawiajàc si´ ryzykownego
wtedy zabiegu i rych∏ego koƒca kariery, nie
wyrazi∏ naƒ zgody.

Od tego czasu w dzie∏ach Moneta jest

jednak mniej detali. Zacz´∏y dominowaç ˝ó∏-

cie, czerwienie i bràzy. Gdy analizowa∏ swoje
póêniejsze prace, cz´sto targany wÊciek∏oÊcià
chcia∏ je zniszczyç. Na poczàtku 1922 roku
napisa∏, ˝e nie jest ju˝ zdolny do stworzenia
jakiegokolwiek pi´kna.

Pod koniec tego roku zaçma w prawym oku

rozwin´∏a si´ tak dalece, ˝e dostrzega∏ tylko
Êwiat∏o i wiedzia∏, skàd dochodzi. Lewym okiem
zaÊ widzia∏ ledwie 10% normalnego obrazu.
W styczniu 1923 roku, w wieku 83 lat, pod-
da∏ si´ w koƒcu operacji prawego oka, ale na-
rzeka∏, ˝e gdy patrzy przez okulary, które otrzy-
ma∏, kolory wydajà mu si´ doÊç osobliwe.

W 1925 roku ostatecznie dobra∏ odpowied-

nie szk∏a. By∏ zachwycony. Napisa∏, ˝e znowu
dobrze widzi i mo˝e ci´˝ko pracowaç. Nie-
stety, rok póêniej zmar∏.

Fakty powoli zaczynajà uk∏adaç si´ w ca∏oÊç. Teoria przed-

stawiona przez Stevena Bassnetta z Washington University
wyjaÊnia, jak inicjowana jest apoptoza. Podczas rozwoju so-
czewki, gdy nowe komórki powstajà wokó∏ ju˝ istniejàcych
(jak warstwy cebuli), starsze wewn´trzne komórki coraz bar-
dziej oddalajà si´ od powierzchni i zmniejsza si´ iloÊç docie-
rajàcego do nich tlenu. JeÊli st´˝enie tlenu spadnie poni˝ej
pewnej wartoÊci, naruszona zostaje integralnoÊç mitochon-
driów – ich funkcjonowanie zale˝y od dost´pnoÊci tlenu, nie-
zb´dnego podczas wytwarzania energii. Zaalarmowane ko-
mórki zaczynajà wi´c uwalniaç czynniki indukujàce apoptoz´.
Teoria ta wydaje si´ prawdopodobna m.in. dlatego, ˝e uszko-
dzenie mitochondriów indukuje równie˝ apoptoz´ w dojrza-
∏ych komórkach. A to oznacza, ˝e mechanizm prowadzàcy
do Êmierci komórki jest zawsze gotowy do uruchomienia. Je-
Êli komórka zostanie uszkodzona, zwalnia blokad´ i urucha-
mia program samozniszczenia.

JednoczeÊnie Bassnett zaproponowa∏ innà mo˝liwà przyczy-

n´ rozpocz´cia apoptozy. Mo˝e nià byç kwas mlekowy po-
wstajàcy podczas utleniania glukozy w zró˝nicowanych ko-
mórkach soczewki. Dojrza∏e komórki ze Êrodka soczewki nie
majà mitochondriów i produkujà energi´ w procesie oddy-
chania beztlenowego, podczas którego glukoza przekszta∏ca
si´ w kwas mlekowy. W komórce tworzy si´ gradient st´˝enia
kwasu i gradient pH, co mo˝e zapoczàtkowaç apoptoz´.

Inne prawdopodobne mechanizmy uruchamiajàce samobój-

stwo komórek równie˝ zas∏ugujà na uwag´. Podczas badaƒ
prowadzonych na hodowlach komórek soczewki Michael
Wride, teraz pracownik Cardiff University w Walii, oraz
Esmond Sanders z University of Alberta w Kanadzie wykaza-
li, ˝e degradacj´ jàder w komórkach soczewki wywo∏uje czyn-
nik martwicy nowotworów (TNF – tumor necrosis factor).
TNF jest czàsteczkà sygna∏owà, która mo˝e indukowaç pro-
ces apoptozy zarówno w zdrowych komórkach, jak i niektó-
rych komórkach nowotworowych. Nikt jednak nie wie, jak
TNF w rzeczywistoÊci dzia∏a w soczewce.

Zespó∏ Klausa van Leyena z Massachusetts General Hospi-

tal wykry∏ czàsteczki, które mogà odpowiadaç za uruchamia-
nie samobójczej Êmierci komórki. Jednà z nich jest enzym
15-lipooksygenaza (15-LOX), który ma zdolnoÊç wbudowy-
wania si´ w b∏ony organelli komórek soczewki i robi w nich
dziury. Przez te otwory mogà do Êrodka organelli wnikaç pro-
teazy – enzymy degradujàce bia∏ka. Nadal jednak pozostaje
niejasne, jak w odpowiednim momencie ró˝nicowania so-
czewki dochodzi do aktywacji 15-LOX.

Mój zespó∏ niedawno zaproponowa∏ wyjaÊnienie mecha-

nizmu zatrzymywania apoptozy. BadaliÊmy wyst´pujàce w
soczewkach cz∏owieka, szczura i myszy bia∏ko, galektyn´-3,
które ma zdolnoÊç wiàzania si´ do innych czàsteczek i bie-
rze udzia∏ w ró˝nych procesach biologicznych zachodzàcych
w wielu tkankach – podzia∏ach komórkowych, apoptozie i
ró˝nicowaniu. WykryliÊmy, ˝e jest ono produkowane w ko-
mórkach soczewki jeszcze zawierajàcych organelle, ale jego
synteza zostaje zredukowana, gdy rozpoczyna si´ degrada-
cja sk∏adników komórkowych. Taki wzór ekspresji galekty-
ny-3 sugeruje, ˝e mog∏aby ona byç czynnikiem kontrolujà-
cym apoptoz´. Niestety, na razie nie mamy poj´cia, co wy∏àcza
ekspresj´ tego bia∏ka.

Ostatnio Sogo Nishimoto z Uniwersytetu w Osace w Japo-

nii zidentyfikowa∏ DNA-z´ – enzym tnàcy DNA, który bierze

udzia∏ w degradacji kwasu deoksyrybonukleinowego w ko-
mórkach soczewki. Myszy laboratoryjne pozbawione tej szcze-
gólnej DNA-zy rodzà si´ z zaçmà; podczas ró˝nicowania ko-
mórek soczewki nie dochodzi do apoptotycznego zniszczenia
jàder komórkowych. Wydaje si´, ˝e we wszystkich innych
komórkach apoptoza przebiega normalnie. (Dzieci rodzà si´
z zaçmà, jeÊli podczas rozwoju zarodkowego w soczewce nie
nastàpi∏a degradacja organelli, co mo˝e byç spowodowane
infekcjà wirusowà, na przyk∏ad ró˝yczkà przebytà przez ci´-
˝arnà kobiet´).

OczywiÊcie, nie mo˝na wykluczyç, ˝e zamiast aktywnie ha-

mowaç proces apoptozy, komórki soczewki unikajà Êmierci,
poniewa˝ niektóre ich sk∏adniki sà po prostu odporne na dzia-
∏anie enzymów niszczàcych pozosta∏e organelle. Na przyk∏ad
bia∏ka wyst´pujàce wy∏àcznie w soczewce mogà byç „niewi-
dzialne” dla enzymów degradujàcych cytoszkielet i inne sk∏ad-
niki komórkowe. Z kolei z niektórych badaƒ wynika, ˝e kry-
staliny mogà tworzyç barier´ ochronnà dla pewnych bia∏ek,
uniemo˝liwiajàc apoptotycznym enzymom dotarcie do nich.

Lekcje w akwarium

CHO

å CORAZ LEPIEJ ROZUMIEMY

procesy zachodzàce w soczewce,

wielu cennych wskazówek mo˝e dostarczyç ma∏a rybka
akwariowa – danio pr´gowany. Jest ona doskona∏ym modelem
do badania rozwoju zarodkowego, poniewa˝ jej zarodek sk∏ada
si´ z niewielu komórek i jest niemal przezroczysty. Dzi´ki temu
mo˝na swobodnie obserwowaç powstawanie narzàdów
wewn´trznych. Wi´kszoÊç z nich tworzy si´ niewiarygodnie
szybko – ju˝ po 48 godzinach od z∏o˝enia ikry. W trzecim dniu
rozwoju rybka wykluwa si´ z jaja i zaczyna p∏ywaç. Danio pr´-
gowany nale˝y do kr´gowców, tak wi´c genetyczna kontrola
jego rozwoju odbywa si´ podobnie jak u ludzi.

Ró˝ne grupy badawcze podejmujà próby poszukiwania mu-

tantów tych rybek. Jednym z zespo∏ów kieruje laureatka Na-
grody Nobla Christiane Nüsslein-Volhard z Max-Planck-In-
stitut. WÊród stworzonych mutantów sà takie, których
soczewki majà nietkni´te organelle komórkowe, oraz takie, u
których komórki soczewek zamierajà ca∏kowicie. Niektóre
majà zaçm´ bardzo podobnà do obserwowanej u ludzi.

Naukowcy sprawdzajà, czy uzyskane mutanty mogà do-

starczyç nowych informacji o tym, jak si´ rozpoczyna i koƒ-
czy proces apoptozy w komórkach soczewki. JeÊli tak, wska-
zówki te usprawni∏yby badania medyczne nad metodami
leczenia chorób wywo∏anych zamieraniem komórek. Tym-
czasem pos∏u˝à do g∏´bszego zrozumienia przyczyn i mecha-
nizmu powstawania zaçmy, co powinno przyÊpieszyç znale-
zienie sposobu na spowolnienie lub zapobieganie jej
rozwojowi. Brzmi to bardzo zach´cajàco.

n

* W Polsce wykonuje si´ rocznie oko∏o 15 tys. operacji zaçmy.

LISTOPAD 2004 ÂWIAT NAUKI

39

Developmental Aspects of Galectin-3 Expression in the Lens. R. Dahm,

S. Bramke, J. Dawczynski, R. H. Nagaraj i M. Kasper; Histochemistry
and Cell Biology, tom 119, nr 3, s. 219-226, 2003.

Nuclear Cataract Caused by a Lack of DNA Degradation in the Mouse Eye

Lens. S. Nishimoto i in.; Nature, tom 424, s. 1071-1074, 2003.

Nuclear Degeneration in the Developing Lens and Its Regulation by

TNFalpha. Michael A. Wride i Esmond J. Sanders; Experimental Eye
Research, tom 66, nr 3, s. 371-383, 1998.

Lens Organelle Degradation. Steven Bassnett; Experimental Eye Research,

tom 74, nr 1, s. 1-6, 2002.

JEÂLI CHCESZ WIEDZIEå WI¢CEJ