Spionarea în timp real a simfoniei de semnalizare celulară condusă de biologie

Pentru a vizualiza semnale celulare într-un neuron, cercetătorii au împrăștiat reporterii în grupuri (verzi) de-a lungul celulei. Apoi au identificat semnalul pe care îl reprezenta fiecare cluster (culori multiple) .Credit: C. Linghu, S. Johnson și colab. / Cell 2020

Noua tehnologie de imagistică permite oamenilor de știință să spioneze nenumăratele mesaje transmise în interiorul celulelor, așa cum fac ei. . . eventual tot.

Până în prezent, majoritatea oamenilor de știință au putut vizualiza doar unul sau două dintre aceste semnale intracelulare la un moment dat, a declarat Ed Boyden, cercetător al Institutului Medical Howard Hughes de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts. Noua abordare a echipei sale ar putea face posibilă vizualizarea oricăror semnale doriți – în timp real, imediat, spune Boyden – oferind cercetătorilor o privire mai aprofundată asupra discuțiilor interne ale celulelor decât oricând.

În cadrul testelor cu neuroni, cercetătorii au examinat cinci semnale legate de procese precum învățarea și memoria, Boyden și colegii săi raportează astăzi (23 noiembrie 2020) în jurnal Celulă. „Ați putea aplica această tehnologie la tot felul de mistere biologice”, a spus el. “Fiecare celulă funcționează din cauza tuturor semnalelor din interiorul ei.” Deoarece semnalizarea contribuie la toate procesele biologice, o modalitate mai bună de a o studia ar putea ilumina o serie de boli Alzheimer la diabet și cancer.

Noua abordare a echipei este o descoperire, a declarat Clifford Woolf, un neurobiolog la Harvard Medical School, care nu a fost implicat. El intenționează să-l folosească pentru a explora modul în care neuronii care detectează durerea devin mai sensibili la leziuni sau boli. Cu noua tehnologie de imagistică, el spune că „putem separa ceea ce se întâmplă în celule într-un mod care nu a fost niciodată posibil înainte”.

Oferiți informații unui computer sau creierului uman și acesta se va sparge cu impulsuri electrice pe măsură ce pregătește un răspuns. În celule, acești stimuli dau naștere la spirale de semnale moleculare multiple. Boyden descrie acest proces ca o conversație de grup. “Semnalele din interiorul unei celule sunt ca un set de oameni care încearcă să decidă ce să facă seara: iau în considerare multe posibilități și apoi decid ce să facă împreună”, a spus el.

Aceste discuții celulare sunt cele care declanșează, de exemplu, un neuron pentru a codifica memoria sau o celulă pentru a deveni canceroasă. În ciuda importanței lor, oamenii de știință încă nu au o înțelegere puternică a modului în care aceste semnale funcționează împreună pentru a ghida comportamentul celular.

Pentru a vedea semnalizarea celulară în acțiune, oamenii de știință introduc de obicei senzori de codificare a genei asociați cu proteinele fluorescente. Acești reporteri moleculari detectează un semnal și apoi strălucesc o anumită culoare la microscop. Cercetătorii pot folosi un reporter de culoare diferită pentru fiecare semnal pentru a le semnaliza separat. Dar găsirea seturilor de corespondenți cu culori care pot fi distinse cu un microscop este o provocare. Și o conversație celulară tipică poate implica zeci de semnale – sau mai multe.

Changyang Linghu și Shannon Johnson, oameni de știință de la laboratorul Boyden, au depășit această limitare plasând reporterii pe proteine ​​mici auto-asamblate care acționează ca cărămizi LEGO. Aceste proteine ​​mici „au făcut clic împreună”, formând grupuri care au fost împrăștiate aleator pe celulă ca insule mici. Fiecare grup, care apare la microscop ca un punct luminos, raportează doar un tip de semnal celular. „Este ca și cum ai avea câteva insule cu termometre care raportează temperaturi și alte insule cu barometre care măsoară presiunea”, a spus Johnson.

În experimentele cu neuroni, echipa a creat grupuri care fiecare străluceau atunci când detectează unul din cele cinci semnale diferite, inclusiv ioni de calciu și alte molecule importante de semnalizare. După ce au imaginat celulele vii, cercetătorii au legat etichetele moleculare de punctele luminoase pentru a identifica reporterii aflați acolo. Folosind analize computerizate, echipa a transformat punctele magenta, galbenul și alte culori, în funcție de faptul că acestea reprezentau calciu sau un alt semnal. Acest lucru le-a permis să vadă ce semnale porneau și se opreau în interiorul unei celule.

Monitorizând atât de multe semnale simultan, echipa a reușit să descopere modul în care fiecare semnal a fost interconectat. „Distrugerea unor astfel de relații ar putea ajuta oamenii de știință să înțeleagă procese complexe – cum ar fi învățarea”, a spus Linghu.

Îi place o celulă pentru o orchestră și semnale pentru o simfonie. „Este dificil să apreciezi pe deplin o simfonie ascultând doar un instrument”, a spus el. Deoarece noua tehnică permite oamenilor de știință să observe mai multe semnale simultan, „putem înțelege simfonia activităților celulare”.

Echipa Boyden estimează că până la 16 semnale ar putea fi detectate cu tehnologia lor, dar îmbunătățirile tehnicilor de inginerie genetică ar putea crește semnificativ acest număr. „Posibil, ai putea privi zeci, sute sau chiar mai multe semnale”, a spus el. „Următoarea provocare”, spune Boyden, „este de a obține senzori pentru toate acele semnale într-o celulă”.

Referință: „Multiplexarea spațială a reporterilor fluorescenți pentru imagistica dinamică a rețelelor de transmisie a semnalului” de Changyang Linghu, Shannon L. Johnson și colab., 23 noiembrie 2020, Celulă.
DOI :: 10.1016 / j.cell.2020.10.035

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Zirconii antici datează începutul tectonicii plăcilor în urmă cu 3,6 miliarde de ani – un eveniment critic pentru a face pământul ospitalier pentru viață

Zirconii examinați de echipa de cercetare, fotografiați cu catodoluminiscență, tehnică cu care echipa a putut vizualiza interiorul cristalelor cu un microscop electronic cu scanare...

Putem face opioidele mai puțin dependente? [Video]

În 2017, milioane de oameni din întreaga lume erau dependenți de opioide și 115.000 au murit din cauza unui supradozaj. Opioidele sunt cele mai puternice...

Măsurile neconvenționale împotriva pandemiei și apărării nucleare pot proteja omenirea de catastrofe catastrofale

Lansarea mânerului SM-3 Block IB de la un crucișător cu rachete ghidate USS Lake Erie (CG 70). Credit: Marina SUA În curând viața pe...

Situl de legare a anticorpilor conservat în variantele de virus COVID-19 – impact mare pentru vaccinurile viitoare

O echipă de cercetare Penn State a descoperit că proteinele N din barza-covi-2 sunt stocate în toate coronavirusurile epidemice legate de îngrășăminte (sus, stânga:...

Mișcări ale electronilor de ceas în interiorul unui atom: viteza obturatorului de o milionime dintr-o miliardime de secundă

Reprezentarea artistică a experimentului. Întârzierea inerentă între emisia celor două tipuri de electroni duce la o elipsă caracteristică în datele analizate. În...

Newsletter

Subscribe to stay updated.