Forscher enthüllen Geheimnisse der gerichteten Zellbewegung

Forscher enthüllen Geheimnisse der gerichteten Zellbewegung
Forscher enthüllen Geheimnisse der gerichteten Zellbewegung
Anonim

Seit Jahren rätseln Forscher darüber, wie manche Zellen sich selbst zu einer Chemikalie führen, die sich selbst ausbreitet. Jetzt, in der dieswöchigen Ausgabe von Science, identifizieren Johns Hopkins-Forscher ein Protein, das sich am vorderen Ende einer Zelle ansammelt und den Zellen hilft, ihren Weg zu einem Ziel zu „erspüren“.

"Gradient Sensing ist in allem wichtig, von Entzündungen, Krankheitsbekämpfung und Blutgefäßwachstum bis hin zu Wundheilung und pränataler Entwicklung", sagt Peter Devreotes, Ph.D., Professor für Biochemie und leitender Autor der Studie.Die Entdeckung, sagt er, bringt die Forscher dem Verständnis dieses chemischen Sensormechanismus und seiner Nutzung zur Entwicklung von Behandlungen einen Schritt näher.

"Wenn wir den Prozess der Chemotaxis verstehen, können wir ihn in Zukunft vielleicht fördern oder hemmen", sagt Devreotes. "Dies könnte hilfreich sein, um die Wundheilung zu fördern, Krebs zu behandeln, indem das Wachstum von Blutgefäßen verlangsamt wird, oder Entzündungen zu reduzieren und so Arthritis zu kontrollieren."

Der Prozess, durch den Zellen in der Lage sind, sich selbst zu bestimmten Zielen zu bewegen, wird als Chemotaxis bezeichnet. Wenn eine Zelle eine andere Zelle anziehen möchte, setzt sie Signalmoleküle frei, die Chemoattraktoren genannt werden. Diese Moleküle wandern in Richtung der anderen Zelle und bilden einen flachen Pool um sie herum. Die Zelle bewegt sich dann auf die Quelle zu, selbst wenn die Anzahl der chemoattraktiven Moleküle in der Nähe der Vorderseite der empfänglichen Zelle nur 10 Prozent höher ist als in der Nähe der Rückseite. Darüber hinaus ist eine Kante der Zelle, die als "Vorderkante" bekannt ist, empfindlicher für Stimulation, was weiter dazu beiträgt, die Zelle zu ihrem Ziel zu führen.Angesichts dieser Informationen überlegten die Forscher, woher wusste die Zelle, in welche Richtung sie sich bewegen musste, und wie bestimmte sie ihre Vorderkante?

Um die Fragen zu beantworten, haben Devreotes und seine Kollegen eine Amöbe namens Dictyostelium untersucht, die sich wie viele chemotaktische Zellen verhält. Diese „soziale Amöbe“reagiert auf einen als cAMP bekannten chemischen Lockstoff, und ihre Reaktion ermöglicht es ihr, bei Überlebensmanövern mit ihren Artgenossen zu kommunizieren. Forschungen zu Dictyostelium in den letzten zehn Jahren haben gezeigt, dass Zellen Rezeptoren verwenden, die an G-Proteine ​​gekoppelt sind, um chemische Lockstoffe wahrzunehmen. Genau wie andere chemotaktische Zellen können die Amöben flache Gradienten wahrnehmen und haben nur eine Vorderkante.

Devreotes und seine Kollegen suchten nach ungleichmäßig verteilten Proteinen innerhalb der sozialen Amöben, die erklären könnten, wie Zellen Richtungen wahrnehmen. Sie wussten, dass die Rezeptoren, wenn sie an Rezeptoren andocken, ihre Form ändern, und diese Veränderung zieht G-Proteine ​​an, die in den Zellmembranen schwimmen.Als die Forscher jedoch die Verteilung der Rezeptoren untersuchten, stellten sie fest, dass die Rezeptoren gleichmäßig über die Zelle verteilt waren.

Im Jahr 1998 gewannen Devreotes und seine Kollegen im Lotto, als sie nach dem Sortieren einer Reihe von Chemikalien in Zellen entdeckten, dass die Vorderkante einer Zelle größere Mengen spezifischer Proteine ​​​​enthielt. Diese Proteine, die als PH-Domänen enth altende Proteine ​​bezeichnet werden, schweben frei im Körper der Zelle, werden aber zur Seite gezogen, wenn die G-Protein-Signale aktiviert werden. Die Forscher taten dies, indem sie fluoreszierende grüne Protein-Tags an Proteine ​​der PH-Domäne anhefteten und dann durch ein Mikroskop spähten, um zu bestimmen, zu welcher Seite der Zelle diese markierten Proteine ​​strömten, nachdem sie cAMP ausgesetzt worden waren. Sie entdeckten, dass die fluoreszierenden Proteine ​​zuverlässig die Stellen auf der Membran markieren, an denen die G-Protein-Signale aktiv sind.

In der aktuellen Wissenschaft sagen die Forscher, dass sie jetzt wissen, was die Vorderkante der Zelle empfindlicher für Stimulation macht.Sie befestigten das fluoreszierende grüne Protein an einem Teil des G-Proteins. Als sie die Zellen unter dem Mikroskop untersuchten, stellten sie fest, dass sich die G-Proteine ​​auf der Zellmembran in Richtung der Vorderkante angesammelt hatten. In einem anderen Experiment legten die Hopkins-Forscher die Zellen chemisch lahm und bewirkten, dass sie ihre Vorderkante verloren. Die Forscher fanden heraus, dass sich die G-Proteine ​​dann gleichmäßig um die Außenseite der Zelle verteilten und die Zellen an allen Stellen gleich empfindlich wurden.

"Das sagt uns, dass eine Zelle über ihre gesamte Oberfläche wahrnehmen kann, aber nur mit ihrem vorderen Ende führen kann", sagt Devreotes. Die Forscher sagen, dass, obwohl andere angedeutet haben, dass eine ungleichmäßige Verteilung von Proteinen an der Chemotaxis beteiligt sein könnte, ihr Protein das erste derartige Protein ist, bei dem dies konkret identifiziert wurde.

Weitere Autoren der Studie sind Tian Jin, Ning Zhang, Yu Long und Carole Parent. Die Forschung wurde von den National Institutes of He alth finanziert.

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