Bioelektrische Signale machen die Nachkommenschaft von Stammzellen krebsartig; Neu entdeckte „Instruktorzellen“können tödliche Anweisungen liefern

Bioelektrische Signale machen die Nachkommenschaft von Stammzellen krebsartig; Neu entdeckte „Instruktorzellen“können tödliche Anweisungen liefern
Bioelektrische Signale machen die Nachkommenschaft von Stammzellen krebsartig; Neu entdeckte „Instruktorzellen“können tödliche Anweisungen liefern
Anonim

Biologen der Tufts University School of Arts and Sciences haben entdeckt, dass eine Veränderung der Membranspannung in neu identifizierten "Lehrzellen" dazu führen kann, dass die Nachkommen von Stammzellen ein Melanom-ähnliches Wachstum in Pigmentzellen auslösen. Das Tufts-Team fand auch heraus, dass diese metastatische Transformation auf Veränderungen im Serotonintransport zurückzuführen ist. Die Entdeckung könnte bei der Vorbeugung und Behandlung von Krankheiten wie Krebs und Vitiligo sowie Geburtsfehlern helfen.

Die Forschung wird in der Ausgabe von Disease Models and Mechanisms vom 19. Oktober 2010 berichtet.

"Die Entdeckung dieses neuartigen bioelektrischen Signals und neuen Zelltyps könnte sehr wichtig sein, um die Mechanismen zu verstehen, die die Funktion der Stammzellen im Wirtsorganismus koordinieren und das Tumorwachstum verhindern. Letztendlich könnte es uns ermöglichen, das Zellverh alten in Richtung Regeneration zu lenken medizinischen Anwendungen", sagte Forschungsleiter und leitender Autor Michael Levin, Ph.D., Professor für Biologie und Direktor des Zentrums für Regenerations- und Entwicklungsbiologie in Tufts.

Co-Autoren des Artikels waren Tufts Postdoctoral Associate Douglas Blackiston, Research Associate Professor Dany S. Adams, Research Associate Joan M. Lemire und Doktorandin Maria Lobikin.

Fehlregulation von Stammzellen ist ein bekannter Faktor bei Krebs und Geburtsfehlern. Jüngste Studien haben gezeigt, dass Stammzellen einzigartige elektrophysiologische Profile aufweisen und dass Ionenströme, die durch Ionenkanalproteine ​​gesteuert werden, eine wichtige Rolle während der Stammzelldifferenzierung spielen.Während jedoch viele genetische und biochemische Signalwege eine Rolle bei der Regulierung des Zusammenspiels zwischen Zellen und dem Wirtsorganismus spielen, bleibt die Rolle bioelektrischer Signale kaum verstanden, insbesondere wenn man über künstliche Kulturen hinaus auf ganze lebende Organismen blickt.

"Eines der Dinge, die wir wissen müssen, ist, wie Zellen wissen, was zu tun ist, um am komplexen Muster eines Wirtsorganismus teilzunehmen. Der Körper sagt den Zellen normalerweise, dass sie nicht krebsartig werden und auf dich losgehen beteilige dich stattdessen daran, die normale Form aller Gewebe und Organe aufrechtzuerh alten, während einzelne Zellen altern und sterben“, sagte Levin.

Um zu bestimmen, wie Änderungen der Membranspannung das Zellverh alten in vivo regulieren, untersuchten die Tufts-Forscher eine Gruppe von Stammzellen in Xenopus laevis-Froschembryos, die als Neuralleiste bezeichnet werden. Neuralleisten-Stammzellen wandern bei Wirbeltieren, einschließlich Menschen, durch den ganzen Körper. Sie bringen viele Zelltypen hervor, einschließlich Pigmentzellen, die Melankozyten genannt werden, und tragen zu Strukturen wie Herz, Gesicht und Haut bei.Es ist bekannt, dass angeborene Fehlbildungen der Neuralleiste ihre Nachkommenzellen beeinträchtigen und Geburtsfehler verursachen.

Die Tufts-Biologen manipulierten die elektrischen Eigenschaften einer speziellen, spärlichen Zellpopulation, die im gesamten Embryo vorhanden ist, indem sie das übliche antiparasitäre Medikament Ivermectin verwendeten, um den Glycin-gesteuerten Chloridkanal (GlyCl) zu öffnen. Der GlyCl-Kanal ist einer der vielen Ionenkanäle, die die Zellmembranspannung steuern, und ist ein Marker für diese einzigartige „Lehrzellen“-Population. Die Änderung des Chloridionenspiegels, um die Zellen zu hyperpolarisieren oder zu depolarisieren, löste wiederum ein abnormales Wachstum in entfernten Melanozyten aus, die von der Neuralleiste stammen. Diese Pigmentzellen wuchsen nicht nur in größerer Zahl, sondern bildeten auch lange, verzweigte Formen und drangen gründlich in Nervengewebe, Blutgefäße und Darm ein. Dieses Muster ist typisch für Metastasen.

Die Fähigkeit dieser GlyCl-exprimierenden Zellen, die Form, Position und Menge eines anderen Zelltyps (Melanozyten) radikal zu verändern, enthüllte einen neuen und potenziell äußerst wichtigen Zelltyp – eine Instruktorfähigkeit, die das Verh alten von verändern kann andere Zellen in beträchtlicher Entfernung.

Die Forscher erzielten ähnliche Ergebnisse, als sie verschiedene Methoden zur Manipulation des Transmembranpotentials verwendeten. Daher kamen sie zu dem Schluss, dass der Aufprall durch die Spannungsänderung selbst ausgelöst wurde und nicht intrinsisch von Ivermectin, dem Chloridfluss oder dem GlyCl-Kanal abhängig war.

Tests menschlicher epidermaler Melanozyten in einem depolarisierenden Medium zeigten ebenfalls eine ähnliche Formänderung wie bei Xenopus-Kaulquappen.

Die Forscher befassten sich auch mit der Frage, wie Zellen Depolarisation wahrnehmen und dieses biophysikalische Signal in Verh altensänderungen entfernter Zellen umwandeln. Nachdem sie drei potenzielle Mechanismen getestet hatten, fanden sie heraus, dass der Transport von Serotonin (ein Neurotransmitter, der moduliert werden kann, um Stimmung, Appetit und andere Funktionen zu regulieren) über die Zelloberfläche der wahrscheinliche Bote war.

Die Tufts-Forscher stellen fest, dass die Analyse anderer Ionenkanäle andere Instruktorenzellen aufdecken könnte, die das Verh alten verschiedener wichtiger Zellen im Körper signalisieren und verändern können.Zu lernen, solche Zelltypen zu identifizieren und zu manipulieren, kann zusätzliche Rollen für Ionenflüsse aufdecken und ein neues Modell zur Kontrolle des Zellverh altens in der regenerativen Medizin und Onkologie etablieren.

Levin und seine Kollegen verfolgen bereits Wege zur frühen, nicht-invasiven Krebserkennung mit spannungsempfindlichen Farbstoffen und erforschen Techniken zur Normalisierung von Krebs durch Repolarisierung abnormaler Zellen und Instruktorzellen.

Die Forschung wurde von den National Institutes of He alth, dem Verteidigungsministerium, dem Forsyth Institute und dem NIH-National Institute of Dental and Craniofacial Research finanziert.

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