Studiet giver første forklaring på, hvordan celler hurtigt reparerer og vedligeholder struktur

Et nyt Northwestern Medicine-studie giver den første forklaring på, hvordan celler hurtigt reparerer og vedligeholder deres struktur, et fund med implikationer for behandling af sygdomme som kræft.

Ved hjælp af superopløsningsbilleddannelsesteknikker observerede forskere, hvordan cellernes molekylære reparationshold - kendt som nukleare porekomplekser - hurtigt reorganiseres, når en del af cellemembranen brister. Nukleare porekomplekser styrer, hvad der kommer ind og ud af en celles kerne, cellens kontrolcenter.

"Forskere har længe vidst, at celler har en måde til meget hurtigt at reparere skader, men ingen vidste hvordan," sagde seniorforfatter Erin Trantham-Davidson, PhD, assisterende professor i molekylær biovidenskab ved Weinberg College of Arts and Sciences. "Det viser sig, at celler har en bemærkelsesværdig og uventet måde at meget hurtigt reparere og vedligeholde deres grundlæggende struktur."

Undersøgelsen blev offentliggjort i tidsskriftet Current Biology.

I eksperimenter med menneskelige celler i laboratoriet lavede forskere målrettede tårer i kernemembranen og observerede derefter, hvordan cellerne reagerede. Normalt vrimler indersiden af ​​en celle med molekyler, der flyder rundt, men efter at der er lavet en flænge i cellens membran, danner nukleare porekomplekser en tæt forsegling rundt om tårens kanter for at stoppe enhver molekylær lækage.

"Hvis dette ikke skete hurtigt, ville det være katastrofalt for cellen, hvilket potentielt kunne føre til døden," sagde Trantham-Davidson.

Inden for 30 sekunder efter riven var nukleare porekomplekser fuldstændig foret kanten af ​​bruddet. Inden for to minutter var porerne organiseret og i stand til at kontrollere, hvad der passerede ind og ud af kernen, hvilket tillod cellen at vende tilbage til normal funktion.

Ved hjælp af live-cell imaging og computersimuleringer bestemte forskerne også den fysiske mekanisme bag den hurtige reparation. De observerede, at efter membranskade smelter de indre og ydre kernemembraner sammen, hvilket skaber et stillads, hvorpå nukleare porekomplekser hurtigt kan samles. Denne proces involverer remodellering af nukleare porekomplekser, hvor komplekserne adskilles, translokeres langs membranen og samles igen på skadestedet. Denne mekanisme giver betydelig indsigt i den dynamiske adfærd og tilpasningsevne af nukleare porekomplekser.

"Nukleare porekomplekser er utroligt store, så videnskabsmænd antog traditionelt, at de var langsomme og ubevægelige," sagde Trantham-Davidson. "Vores undersøgelse viser, at de er bemærkelsesværdigt dynamiske, og det er sandsynligvis sandt for andre store biologiske komplekser."

Resultaterne kan have betydning for kræftbehandlinger. Kræftceller mister ofte evnen til at reparere skader på deres kernemembran, hvilket kan gøre dem mere følsomme over for behandlinger rettet mod denne reparationsmekanisme.

"Ved at forstå mere om, hvordan celler reparerer grundlæggende strukturer, når de er beskadiget, kan vi muligvis designe nye terapier for at hjælpe immunsystemet bedre at genkende og dræbe kræftceller," sagde Trantham-Davidson.