Shop menü

A SEJTEK EMLÉKEZETE

A szakértők önszerveződő mesterséges fehérjék segítségével olyan történeteket képesek rögzíteni, amelyekből kiderül, hogy mikor aktiválódnak bizonyos gének, vagy hogyan reagálnak a sejtek egy-egy gyógyszerre.
Jools _
Jools _
A sejtek emlékezete

Miközben a sejtek mindennapi funkcióikat végzik, számos gént és molekuláris útvonalat aktiválnak és deaktiválnak. Az MIT mérnökeinek egy csoportja friss kutatásukban arra vették rá a sejteket, hogy ezen események történéseit egy hosszú, fénymikroszkóppal leképezhető fehérjelánc formájában jegyezzék fel. Az ilyen proteinláncok előállítására programozott sejtek folyamatosan olyan építőelemeket adnak a szekvenciához, amelyek bizonyos sejten belüli eseményeket kódolnak. Ezeket a fehérjeláncokat fluoreszcens molekulákkal lehet felcímkézni, majd a mikroszkóp alatt leolvasni, így a kutatók dekódolhatják és rekonstruálhatják, hogy mi történt a sejtben. Ezzel a technikával feltárhatók lehetnek azok a természetes folyamatok, amelyek az olyan jelenségek hátterében állnak, mint például az emlékképződés, a gyógyszeres kezelésekre adott válaszreakciók és a génkifejeződés.

Rengeteg olyan változás zajlik a szervek vagy a szervezet szintjén, amelyek órák vagy hetek alatt mennek végbe, és amelyeket a jelenlegi módszerekkel nem lehet nyomon követni

– mondja Edward Boyden, az MIT biomérnök és kognitív tudományokkal foglalkozó professzora, egyúttal a Koch Integratív Rákkutatási Intézet kutatója. Boyden az egyik szerzője a Nature Biotechnology című folyóiratban most megjelent tanulmánynak, amelyben a sejtszintű folyamatok rögzítését lehetővé tevő módszerről írnak a szerzőtársaival, köztük Changyang Linghu vezető szerzővel, aki jelenleg a Michigani Egyetemen végzi kutatásait. A szakértők úgy vélik, hogy az általuk kidolgozott módszerrel ezek a pár órástól pár hétig terjedő folyamatok részleteikben megfigyelhetők. És ha a technikát ki lehetne terjeszteni, hogy hosszabb időintervallumokban is működjön, akár olyan folyamatok tanulmányozására is felhasználható lenne, mint az öregedés és a betegségek lefolyása.

Sejttörténelem

A szervek biológiai rendszerekként sokféle sejtet tartalmaznak, amelyek különböző típusai különféle specifikus funkciókkal rendelkeznek. Ezen funkciók tanulmányozásának egyik módja a sejtek belsejében lévő fehérjék, RNS vagy más molekulák képalkotással való vizsgálata, hiszen ezeket azonosítva következtetni lehet, hogy mit csinálnak a sejtek. A legtöbb ilyen módszerrel azonban csak pillanatképet lehet nyerni az történésekről, vagyis egy komplex folyamatból csak annyit látunk, hogy kik a szereplők, és az adott pillanatban hol vannak. Arról viszont, hogy később hova kerülnek és mit csinálnak, kevés információ tárható fel ilyen módon. Az ilyen módszerek ráadásul nagy sejtpopulációk esetében nem működik túl jól.

Galéria megnyitása

Ahogy Linghu mondja, az emberi agy például 86 milliárd sejtből áll, egy ilyen biológiai rendszer megértéséhez pedig olyan módszer kell, amellyel a nagy sejtpopulációkban idővel bekövetkező élettani eseményeket is lehetséges monitorozni. Ennek érdekében dolgozta ki a kutatócsoport a módszert, amelynek keretében a sejtszintű események egy folyamatosan épülő fehérjeláncba íródnak, fehérjealegységek sorozataként rögzítve a történéseket. A láncok felépítéséhez a kutatók olyan mesterséges alegységeket használtak, amelyek általában nem fordulnak elő az élő sejtekben, és amelyek képesek hosszú filamentumokká összeépülni.

A szakértők által tervezett, genetikailag kódolt rendszerben ezen alegységek egyike folyamatosan termelődik a sejtekben, míg egy másik csak akkor gyártódik le, ha egy adott esemény bekövetkezik. Mindegyik alegység tartalmaz egy nagyon rövid peptidet is, az úgynevezett epitópcímkét, amely jelen esetben a HA vagy a V5 nevű címke volt. Ezen címkék mindegyike más-más fluoreszcens antitesthez kötődik, így később, az alegységek szekvenciájának meghatározásakor könnyen láthatóvá lehet tenni, hogy hol milyen címke van.

A vizsgálat során a kutatók a V5 címkés fehérjealegység termelődését egy c-fos nevű gén aktiválódásától tették függővé, amely az új emlékek kódolásában vesz részt. A lánc nagy részét a folyamatosan termelődött, HA címkés alegységek alkották, de valahányszor a c-fos aktiválódott a vizsgált időszakban, a V5 címkés alegységek is megjelentek a láncban.

„Azt reméljük, hogy ezzel a fajta fehérje-önszerveződéssel minden egyes sejtben rögzíthetjük az eseményeket” – mondja Linghu, így folytatva:

„Ez a módszer nem egy egyszerű pillanatfelvételt kínál a kérdéses időszakból, hanem a sejt történetét rögzíti, ahogyan a fa évgyűrűi is képesek tartósan tárolni az információkat az idő múlásával, ahogy a fa növekszik.”

A múlt testet ölt

Kutatásaik során a szakértők először laborkörülmények között növesztett neuronokban használták a c-fos aktivitásának rögzítésére a rendszerüket. A c-fos gént kémiai úton, kívülről aktiválták, aminek hatására a V5 alegység hozzáadódott a sejten belüli fehérjelánchoz.

Annak feltárására, hogy a koncepció működhet-e élő állatok agyában is, a kutatók egerek agysejtjeit is átprogramozták, hogy azok olyan fehérjeláncokat építsenek, amelyek rögzítették, ha az állatok egy bizonyos gyógyszer hatásának voltak kitéve. Később a megőrzött szövetek mikroszkópos elemzésével a kutatók képesek voltak ezek alapján igazolni, hogy mikor kaptak gyógyszert az állatok.

A kutatók úgy tervezték meg rendszerüket, hogy az moduláris legyen, így különböző epitópcímkék használhatók benne, és különböző típusú sejtszintű események detektálhatók, elméletileg beleértve olyan összetett folyamatokat is, mint a sejtosztódás vagy a fehérjekinázoknak nevezett enzimek aktivitása, amelyek számos sejtszintű folyamat irányításában vesznek részt.

Linghu és társai azt remélik, hogy az általuk megvalósított rögzítési időtartamot is meg tudják hosszabbítani. A kérdéses vizsgálatokban több napon keresztül rögzítették a sejteken belüli eseményeket, mielőtt a szöveteket megvizsgálták volna. Persze mindenképpen kompromisszumot kell kötni a rögzíthető idő és a felbontás között, vagyis hogy milyen gyakorisággal rögzüljenek a sejten belüli események a rendszerben, a fehérjeláncok lehetséges hosszát ugyanis korlátozza a sejt mérete.

Az így tárolható teljes információmennyiség adott, de elvileg lassíthatjuk vagy gyorsíthatjuk a lánc növekedési sebességét

– mondja Linghu. Ha hosszabb ideig szeretnénk rögzíteni, akkor lassíthatjuk a szintézist, hogy például ne napok alatt, hanem hetek vagy hónapok alatt érje el a maximális méretet a lánc, ami a hosszabb távú folyamatok monitorozását is lehetővé tenné. A kutatók már a rendszer olyan átalakításán is dolgoznak, hogy többféle eseménytípust is rögzíteni lehessen ugyanabban a láncban, több különböző típusú alegység beiktatásával.

Neked ajánljuk

    Tesztek

      Kapcsolódó cikkek

      Vissza az oldal tetejére