De studerar molekylvägar i celler i realtid
Hur gör cellerna för att samordna sina signalvägar? Nu har Umeåforskare kunnat studera rörelser och dynamik hos molekyler och organeller i en levande cell – i realtid.
Våra celler behöver kunna reagera på förändringar i den omgivande miljön. En samordnad reaktion kräver ett välbalanserat system av signalvägar, som orkestreras av proteiner på cellytan, i cellväggen och inne i cellen. Även rumslig och tidsmässig samordning av cellulära processer styrs genom specifik fördelning av molekyler och organeller, till exempel tillväxt i nervceller och cellpolaritet.
Celler omges av ett cellmembran. Inuti finns en cellkärna där det genetiska materialet (DNA) lagras. Där finns också strukturer som kan betraktas som cellens inre organ, organeller, med egna funktioner Förutom cellkärna finns det till exempel ett cellskelett som bygger upp cellens form, mitokondrier som står för ämnesomsättningen och ribosomer som tillverkar nya proteiner. Mellan cellmembran och kärna finns cellvätska, cytoplasma, som mest består av vatten.
Enskilda proteiner kan ha olika funktioner beroende på var de befinner sig i cellen. Ett exempel är Rac1-proteinet som kontrollerar cellens skelett, innanför membranet. Men när Rac1 befinner sig vid cellkärnan styr den i stället cellkärnans struktur. Rac1-proteinets vandring genom cytoplasma, mellan cellmembran och cellkärna spelar en viktig roll i spridningen av en tumör i vävnaden. I nervceller spelar dubbelriktad transport längs cellskelettens mikrotubili en kritisk roll för subcellulär fördelning av organeller. OIbland blir det fel, något som är inblandat vid utvecklingen av neurodegenerativa sjukdomar. De komplexa rörelsemönstrena i en cell har hittills varit en stor utmaning för forskarna.
Nu har en forskargrupp vid Umeå universitet utvecklat en helt ny kemo-optogenetisk metod som kallas multi-directional aktivitetskontroll, MAC. Systemet möjliggör observation av cellulära mekanismer i realtid och under kontrollerade förhållanden.
I den aktuella studien använder forskargruppen ett så kallat dimeriseringssystem, (pdCID) aktiverat av ljusimpulser och kemiska signaler, för att styra positioneringen av organeller och proteiner på flera områden i en levande cell.
– Vi kombinerade två modulära system parallellt eller i konkurrens med varandra. Vi kunde därmed styra och studera aktiviteten hos proteiner eller organeller både kemiskt och genom fotoaktivering, förklarar Yaowen Wu, som har byggt upp sitt nya laboratorium vid Umeå universitet. Han rekryterats nyligen som professor till Kemiska institutionen och Umeå Centre for Microbial Research (UCMR), och är den som leder forskargruppen.
Tack vare den nya tekniken är det för första gången möjligt att studera störningar i de cellulära signaleringsvägarna, vilket inte går med traditionella genetiska forskningsansatser.
MAC-metoden skulle i framtiden kunna användas för att undertrycka eller blockera sjukdomstillstånd i cellen, för att kunna studera sjukdomar och för att utveckla och studera terapeutiska metoder, skriver forskarna i tidskriften Angewandte Chemie.
Publikation:
Multi-directional activity control (MAC) of cellular processes enabled by a versatile chemo-optogenetic approach, Yaowen Wu, Xi Chen, Muthukumaran Venkatachalapathy, and Leif Dehmelt (2018). Angew. Chem Int. Ed.
Kontakt:
Yaowen Wu, professor i biokemi, Kemiska institutionen, Umeå Centre for Microbial Research (UCMR), Umeå universitet, Yaowen.wu@umu.se, 090-786 55 31
