Forstå sproget i mobilkommunikation

Et hold af Caltech-forskere har afsløret en molekylær kode, som celler bruger til at kommunikere med hinanden. Dette "sprog" menes at være fælles for mange typer cellulær kommunikation og har konsekvenser for udformningen af ​​fremtidige terapier, ifølge forskere i laboratoriet af Michael Elowitz, professor i biologi og bioteknik ved Caltech og en efterforsker ved Howard Hughes Medical Institute.

Arbejdet er beskrevet i et papir i nummeret 7. september af Celle .

Ligesom mennesker bruger bogstaver og ord til at skabe beskeder, celler frigiver molekyler kaldet ligander til miljøet for at sende beskeder til deres naboer - såsom en instruktion om at differentiere eller formere sig. Ligander binder til receptorer på overfladen af ​​andre celler, som fortolker budskabet og udløser et sæt kemiske reaktioner for at videresende det til de korrekte molekyler i cellens indre.

Forfatterne studerede en stor kommunikationskanal, kaldet den knoglemorfogenetiske protein (BMP) pathway, der opererer i næsten alle væv og er et mål for kræftbehandlinger. Dette system bruger mange forskellige ligander og receptorer i forskellige kombinationer. Mærkeligt, liganderne og receptorerne i denne vej blandes og matcher hinanden på mange forskellige måder, tilsyneladende uden grund.

"Du tror måske, at hver type ligand kun vil parre sig med én type receptor, men dette er ikke tilfældet, " siger Elowitz. "I stedet, alle liganderne interagerer promiskuøst med alle receptorerne. Det virker som et stort rod, og helt anderledes end den måde, folk designer kommunikationssystemer på, for at holde hver kommunikationskanal adskilt. Så vi undrede os over, hvorfor celler kommunikerer på denne måde."

For at finde ud af, hvilken fordel molekylær promiskuitet giver, holdet skabte forskellige blandinger af BMP-ligander i laboratoriet og føjede dem til visse celler:brystceller, embryonale stamceller, og bindevævsceller kaldet fibroblaster, alt fra mus. De fandt, overraskende, at cellen afkoder information fra ligandkombinationer, ikke de enkelte ligander selv.

"En dag, Jeg kom til laboratoriet og blandede to ligander sammen, hver for sig, aktiverer celler meget kraftigt, " siger Yaron Antebi, en Caltech postdoc i biologi og biologisk ingeniørvidenskab. "Men da jeg tjekkede cellerne næste dag, der var intet svar overhovedet. Dette fik os til at teoretisere, at celler ikke lytter til individuelle ligander, men snarere til kombinationer af ligander. Det er kombinationerne, der er meningsfulde. Forskellige kombinationer af ligander koder for forskellige instruktioner til cellen."

Gruppen observerede også, at forskellige slags celler kan udtrække forskellig information fra de samme ligandkombinationer ved at udføre forskellige beregninger - en celle kan tilføje koncentrationerne af to ligander for at modtage en besked, mens en anden kan måle forholdet mellem de to ligander for at afkode en anden besked. "Vi var forbløffede over at opdage, at der ikke kun er én slags information kodet i disse ligander, " siger James Linton, en forsker i Elowitz-laboratoriet. "Forskellige celler kan udtrække forskellige beskeder, såsom instruktioner om at formere sig eller differentiere, fra de samme molekyler."

Gruppen fandt ud af, at denne evne til at kode for flere beskeder ved hjælp af de samme molekyler opstår, fordi forskellige celletyper udtrykker forskellige kombinationer af receptorer på deres overflader.

Et træk ved dette kommunikationssystem er cellernes evne til at adressere meddelelser til bestemte celletyper. "Det er lidt som at være i et fyldt rum, hvor alle taler, og nogen vil have din opmærksomhed, så de råber dit navn, " siger Elowitz. "Alle andre kan automatisk ignorere det, men du er opmærksom; du er målet for det budskab."

"Denne selektivitet i kommunikation er yderst nyttig, " tilføjer Antebi. "Du kan forestille dig, at hvis du havde en brækket knogle, du vil kun have knogleceller i det beskadigede område til at formere sig og genopbygge det beskadigede område, ikke alle celler omkring dem."

Resultaterne giver et grundlag for at forstå, hvordan information er fordelt på tværs af molekyler. Mens forskningen er på et tidligt stadie, en bedre forståelse af cellulær kommunikation kan føre til design af biologiske lægemidler, der kan målrette tumorer eller bestemte celletyper uden at påvirke andre celler.

Artiklen har titlen "Kombinatorisk signalopfattelse i BMP-vejen."