At bestemme, hvordan og hvorfor celler træffer beslutninger

Celler træffer konstant beslutninger, der fører til differentiering. For eksempel træffer celler i et embryo en række beslutninger, der bestemmer, om de vil blive neuroner i nogle tilfælde og muskelceller i andre. Hvordan træffer celler disse beslutninger?

Forskere ved Texas A&M University og North Carolina State University afgør, hvordan celler letter beslutningsprocesser. Gennem dette arbejde håber de at kunne måle koncentrationerne af specifikke vitale signalproteiner i cellevæv præcist. Derudover vil de bruge målingerne til at udvikle matematiske modeller, der kan forudsige og kontrollere cellulær differentiering.

Denne undersøgelse blev for nylig offentliggjort i ACS Omega .

"Vi ønsker at forstå differentieringsbeslutninger, så vi i sidste ende kan udnytte dem," sagde Dr. Gregory Reeves, en lektor i Artie McFerrin Department of Chemical Engineering ved Texas A&M. "Vi er ingeniørværktøjer til at forstå celledifferentiering og beskrive processerne gennem ligninger. For at udføre disse opgaver er vi nødt til at forstå koncentrationerne af proteinerne i levende væv."

Det kan dog være ekstremt vanskeligt at bestemme koncentrationerne af nøglesignalproteiner. For at bekæmpe dette problem samarbejdede Reeves med forskere fra North Carolina State University, som brugte en eksperimentel og analytisk ramme til at udvikle mix-and-read assays. Bland-og-læs-assays betyder, at kritiske reagenser placeres i kombination med en lyseret celle, hvilket muliggør luminescensdetektion, hvis målproteinet er til stede.

Forskerne brugte derefter en proteinteknologi til at skabe to proteiner, der binder stærkt til et målprotein - i dette tilfælde lysozym. Disse to proteinbindere er fusioneret til to halvdele af luciferase, et enzym, der skaber bioluminescens, som du ville se hos en ildflue.

"Når målproteinet er bundet af de to konstruerede proteinbindere, bringer det de to halvdele af luciferase sammen for at skabe bioluminescens, som vi kan bruge til at tage målinger," sagde Reeves.

Forskere fra Reeves' laboratorium analyserede en matematisk model af denne metode for at forudsige, hvor meget bioluminescens, der er resultatet af bindingsbegivenhederne, hvilket giver dem mulighed for at bestemme følsomheden af ​​assayet. Dette vil igen hjælpe forskere med at få en dybere forståelse af, hvordan og hvorfor celler træffer differentieringsbeslutninger.

De bredere virkninger af denne undersøgelse omfatter brug af denne teknik til at detektere tilstedeværelsen af ​​målproteiner, såsom antistoffer eller opregulerede cancermarkører, i et cellulært lysat.

"Andre applikationer, som vi vil bruge i mit laboratorium, inkluderer at give os mulighed for rent at måle nogle proteiner, som ikke tidligere kunne måles i levende væv," sagde Reeves.

Forskerne håber også at kunne anvende disse metoder yderligere på andre klasser af molekyler, som er svære at påvise i levende væv, såsom mRNA.

Dette arbejde er i samarbejde med hovedforfatteren Nikki McArthur sammen med Dr. Balaji Rao, Dr. Carlos Cruz-Teran og Apoorva Thatavarty fra Institut for Kemi og Biomolekylær Teknik ved North Carolina State University. + Udforsk yderligere

Protein styret af både lys og temperatur kan informere cellesignalveje