Molekylær volumenkontrol

For omkring to år siden, forskere fra universitetet i Würzburg opdagede, at en bestemt klasse af receptorer er i stand til at opfatte mekaniske stimuli. Nu er de begyndt at optrevle de molekylære mekanismer bag opdagelsen.

Den receptor, der er undersøgt af forskere fra universiteterne i Würzburg og Leipzig i de seneste år, fungerer på samme måde som lydstyrkereguleringen af ​​et stereoanlæg, som forstærker eller dæmper det indkommende signal. Den pågældende receptor kaldes latrophilin/CIRL.

For lidt mere end to år siden, forskerne havde overrasket det videnskabelige samfund ved at bevise, at visse receptorer, herunder latrophilin, reagere på mekaniske stimuli fra omgivelserne, for eksempel vibrationer, lydbølger eller ekspansion. Ved at gøre det, receptorerne hjælper organismer med at høre, opfatter bevægelser og kontrollerer deres egne bevægelser.

Hvordan informationen kommer ind i cellen

På det tidspunkt, imidlertid, detaljerne om receptorernes bidrag var stadig uklare, altså hvordan processen fungerer på molekylært niveau. I mellemtiden, forskerne har været i stand til at belyse nogle afgørende detaljer. De præsenterer deres resultater i det aktuelle nummer af det videnskabelige tidsskrift eLife. De ledende forfattere af undersøgelsen er Dr. Robert Kittel, som leder en arbejdsgruppe ved Institut for Fysiologi/Afdeling for Neurofysiologi ved Universitetet i Würzburg, og professor Tobias Langenhan, som for nylig flyttede fra Würzburg til universitetet i Leipzig.

"For at celler kan opfatte og reagere på ydre stimuli, informationen skal på en eller anden måde komme ind i cellen, " Robert Kittel forklarer det centrale aspekt af undersøgelsen. Dette kan opnås gennem ionkanaler, hvor en mekanisk stimulus omdannes til en elektrisk reaktion i en meget ligetil og hurtig proces.

Med latrophilin-receptoren er tingene anderledes:"Den danner ikke en kanal, og den videresender ikke stimulus elektrisk, " siger Kittel. I stedet, det aktiverer intracellulære budbringere, der udløser specielle signalkaskader inde i cellen, som i sidste ende også påvirker ionkanalerne. Ifølge Kittel, receptoren har således en modulerende effekt på stimulusopfattelse som en slags volumenregulator.

Samarbejde med talrige eksperter

Den netop offentliggjorte undersøgelse er resultatet af et samarbejde med specialister fra forskellige domæner ved universitetet i Würzburg – et aspekt som Robert Kittel sætter særlig pris på.

En af de medvirkende eksperter er plantefysiologen professor Georg Nagel, som var en af ​​de videnskabsmænd, der opdagede en berømt teknik, der blev kendt som "optogenetik". Det underliggende princip:Nagel karakteriserer ionkanaler og enzymer, der kan styres med lys. Robert Kittel og Tobias Langenhan brugte larverne fra Drosophila, frugtfluen, for deres eksperimenter, som er næsten gennemsigtige, så forskerne var i stand til at studere receptorernes funktion med simple lysglimt.

Den anden involverede ekspert var professor Markus Sauer, leder af Institut for Bioteknologi og Biofysik ved Universitetet i Würzburgs Biocenter. Med sit hold, Sauer udviklede specielle former for fluorescensmikroskopi med høj opløsning. Denne "superopløsnings"-mikroskopi tillader billeddannelse af cellulære strukturer og molekyler med op til ti gange øget opløsning sammenlignet med konventionelle optiske mikroskoper. "Ved at bruge superopløsningsmikroskopi, vi var i stand til at lokalisere cellemembranens position, hvor receptoren er placeret, " siger Robert Kittel.

Dr. Isabella Maiellaro og professor Esther Asan er også specialister inden for billedbehandlingsprocedurer. Ved at samarbejde med Isabella Maiellaro fra Farmakologisk Institut, forskerne var i stand til direkte at visualisere det intracellulære receptorsignal. Esther Asan, Professor ved Institut for Anatomi og Cellebiologi II ved Universitetet i Würzburg, bidrog også til undersøgelsens succes med hendes ekspertise inden for elektronmikroskopi.

I øvrigt, projektet blev støttet af den omfattende erfaring fra professor Matthias Pawlak ved Institut for Fysiologi ved Universitetet i Würzburg inden for sensorisk fysiologi og Dr. Simone Prömel, en farmakolog ved universitetet i Leipzig. Robert Kittel ser disse samarbejder som et godt eksempel på, hvordan moderne bioteknologiske metoder kan hjælpe med at besvare fysiologiske spørgsmål.

En meget vigtig molekylær familie

Latrophilin/CIRL er medlem af en familie af molekyler, der har mere end 30 medlemmer hos mennesker:de såkaldte adhæsions-GPCR'er, en undergruppe af de G-proteinkoblede receptorer (GPCR'er). Hundredvis af dem er kodet i det menneskelige genom; deres betydning understøttes blandt andet af det faktum, at omkring halvdelen af ​​alle receptpligtige lægemidler retter sig mod disse receptorer og hjælper med at behandle almindelige sygdomme som forhøjet blodtryk, astma eller Parkinsons.

Dette viser, hvor vigtige forskningsresultaterne fra videnskabsmændene fra Würzburg og Leipzig er. Trods alt, at vide, hvad der foregår inde i cellerne, er en forudsætning for at udvikle en bedre forståelse af patologiske processer og designe nye terapier. "De cellebiologiske processer er velbevarede med hensyn til evolution, " siger Robert Kittel. Lignende mekanismer er også på arbejde i menneskelige celler.

Robert Kittel og Tobias Langenhan er også medlemmer af en forskningsenhed finansieret af Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG FOR 2149), som studerer adhæsions-GPCR'ers signaleringsadfærd. Den nuværende undersøgelse udnytter Drosophilas gode eksperimentelle tilgængelighed til at bringe nye teknologier hurtigere ind i en biomedicinsk kontekst. Dette gør det muligt for første gang at beskrive grundlæggende molekylære mekanismer. Disse mekanismer skal nu studeres i yderligere organismer og fysiologiske sammenhænge i samarbejde med andre videnskabsmænd.