Mokslo naujienos: ląstelių komunikacijos dinamika

http://lms.biotecnika.org/product/csir-net-unit-4-cell-communication-cell-signalling/

Daugialąsčiai organizmai, tokie kaip mes, priklausomi nuo nuolatinės informacijos tėkmės tarp ląstelių, koordinuojančių ląstelių veiklą siekiant daugintis (ląstelių dalijimasis) ir diferencijuotis. Ilgą laiką tarpląstelinio komunikavimo kalbos šifravimas buvo vienas iš pagrindinių biologijos iššūkių. Caltech universiteto mokslininkai neseniai atrado, kad ląstelės perduoda daugiau informacijos naudojant vieną kelią, arba komunikacijos kanalą, nei buvo manoma anksčiau, periodiškai koduodamos pranešimus. Michael Elowitz, biologijos ir bioinžinerijos profesoriaus, laboratorijos darbas publikuotas šių metų vasario 8-ą dieną Cell žurnale.

https://en.wikipedia.org/wiki/Notch_signaling_pathway

Mokslininkai tyrė vieną pagrindinių komunikacijos sistemų, vadinamą „Notch“, kurią naudoja beveik visų gyvūnų audinių ląstelės. Notch kelio sutrikimai prisideda prie įvairių onkologinių ir su organizmo vystymusi susijusių ligų atsiradimu, dėl to šis kelias yra vienas iš pageidaujamų tyrimo objektų kuriant naujus vaistus.

Ląstelės tarpusavyje kalbasi naudodamos specialias komunikacijos molekules, vadinamas ligandais, kurios sąveikauja su molekulinėmis antenomis, vadinamomis receptoriais. Kai ląstelė naudodama Notch kelią perduoda instrukcijas savo kaimynėms, pavyzdžiui, kad joms reikia dalintis arba diferencijuotis į kito tipo ląstelę, žinutę siunčianti ląstelė savo paviršiuje gamina tam tikrus Notch ligandus. Tada šie ligandai jungiasi su Notch receptoriais, esančiais ant gretimų ląstelių paviršiaus. Gavusios signalą, ląstelės „įjungia“ genus modifikuojančias molekules, vadinamas transkripcijos veiksniais (faktoriais). Transkripcijos veiksniai nukeliauja į ląstelės branduolį, kurioje yra jos DNR, ir aktyvuoja specifinius genus (apie tai, kaip transkripcijos faktoriai reguliuoja genų raišką, galite pasiskaityti čia). Taigi, Notch sistema leidžia ląstelėms priimti signalą iš kaimyninių ląstelių ir pakeisti savo genų raišką.

Ligandai paskatina transkripcijos faktorių aktyvaciją modifikuodami tų receptorių, su kuriais jungiasi, struktūrą. Visi ligandai savo receptorius modifikuoja panašiu būdu ir signalą priimančioje ląstelėje aktyvuoja transkripcijos faktorius. Dėl šios priežasties mokslininkai manė, kad signalą priimanti ląstelė negali patikimai nustatyti, kuris ligandas ją aktyvavo, taigi, ir kokį signalą ji gavo.

„Iš pirmo žvilgsnio, vienintelis paaiškinamas, kaip ląstelės geba, jei išvis geba, atskirti du skirtingus ligandus, yra, kad jos kažkaip tiksliai identifikuoja skirtumus, kaip stipriai ligandai aktyvuoja receptorius. Tačiau, visi dabar turimi duomenys rodo, kad skirtingai nei mobilieji telefonai ar radijai, ląstelės susiduria su daugiau problemų, identifikuojant gaunamus signalus“, sako pagrindinis darbo autorius ir buvęs Elowitz laboratorijos studentas (absolventas) Nagarajan (Sandy) Nandagopal. „Dažniausiai ląstelės gali atskirti, ar aplinkoje signalas yra, ar jo nėra, bet ne ką daugiau. Šiuo požiūriu, ląstelės komunikacija yra artimesnė žinučių siuntimui dūmais (kaip tą darė indėnai), nei žinučių rašymui telefonu. Taigi, klausimas lieka toks, kaip ląstelė atskiria du skirtingus ligandus, kurie atrodo kaip dūmų kamuoliai iš toli?“.

Nandagopal su kolegomis svarstė, ar atsakymą į šį klausimą ras Notch kelio aktyvacijoje laiko atžvilgiu skirtingais ligandais, kitaip tariant, kaip laikui bėgant yra išleidžiami „dūmai“. Kad tą ištirtų, komanda sukūrė naują video paremtą sistemą, kuria jie realiu laiku galėtų įrašyti kiekvienos individualios ląstelės signalus. Prie receptorių ir ligandų prijungdami fluorescencinius žymenis, komanda galėjo stebėti kaip esant signalui sąveikauja ląstelės.

Kairėje - ligandas Delta1, dešinėje - Delta4

Komanda tyrimui pasirinko du chemiškai panašius Notch ligandus, Delta1 ir Delta4. Jie atrado, kad nepaisant ligandų panašumo, tą patį receptorių jie aktyvuoja stipriai skirtingais laiko modeliais. Delta1 ligandas receptorių grupes aktyvuoja tuo pačiu metu, iš karto siųsdamas staigų visų transkripcijos veiksnių nukreipimą link branduolio, kaip dūmų signalą, susidedantį iš kelių didelių kamuolių. Tuo tarpu Delta4 ligandas kiekvieną receptorių aktyvuoja individuliai, siųsdamas nuolatinį vieno transkripcijos faktoriaus nukreipimą į branduolį, panašiai kaip pastovų dūmų srautą.

Pasak mokslininkų, šie du modeliai yra pagrindas, leidžiantis iškoduoti skirtingas ląstelės instrukcijas. Faktas tas, kad šis mechanizmas leidžia dviem ligandams siųsti skirtingas žinutes. Analizuodami vištų embrionus, autoriai atskleidė, kad Delta1 aktyvuoja pilvo raumenų gamybą, o Delta4 stipriai stabdo šį procesą tose pačiose ląstelėse.

„Ląstelės kalba tik saujele skirtingų molekulinių kalbų, bet dirbdamos kartu, jos gali atlikti begalę skirtingų užduočių“, sako Elowitz. „Pradžioje mes manėme, kad šios kalbos yra itin paprastos ir ląstelės gali tik šūktelti viena kitai. Stebėdami ląstelių komunikacijos procesą mes matome, kad šios kalbos yra sudėtingesnės ir turi didesnį žodyną, nei kad manėme. Ir tai greičiausiai tėra tik ląstelinės komunikacijos ledkalnio viršūnė“.

Sekit ir dalinkitės. Nauji įrašai kiekvieną pirmadienį ir ketvirtadienį. Iki kito susitikimo :)

chekas

Informacijos šaltiniai:

• https://www.sciencedaily.com/releases/2018/02/180216150338.htm