Bahnbrechende Studie von cell signaling hält Versprechen für die immun-Forschung und darüber hinaus
Zum ersten mal haben Wissenschaftler abgebildet wird der Prozess durch den ein Individuum immun-Molekül eingeschaltet ist, in Reaktion auf ein signal aus der Umwelt, was die entscheidende Entdeckung, dass die Aktivierung Prozess beinhaltet Hunderte von Proteinen, die plötzlich kommen zusammen und bilden ein verknüpftes Netzwerk durch einen Prozess bekannt als eine phase des übergangs.
Die neue Arbeit, beschrieben in einem Papier vor kurzem veröffentlicht in der Wissenschaft, stellt einen Riesenschritt vorwärts in unserem Verständnis von, wie das Immunsystem ist fein abgestimmt, um zu erkennen, sogar ein einzelner virus-Molekül in einem Meer von Millionen von anderen Molekülen, so dass wir uns schnell erholen, von viralen Infektionen, wie die Grippe. Indem Sie lernen, wie diese bestimmten Proteine arbeiten die Wissenschaftler auch ein besseres Verständnis darüber, warum Ihre Aktivität geht manchmal schief, — Ereignissen, die führen kann zu Autoimmunerkrankungen, wie diabetes oder rheumatoide arthritis — und kann bieten einzigartige Einblicke in die Funktionsweise der direkten ein Krebs patient das eigene Immunsystem, um Krebs zu heilen.
„Das ist etwas, was passiert im inneren einer lebenden Zelle während des Prozesses der Zelle eine Entscheidung zu treffen — Signaltransduktion nennen wir es-und es ist, wie die Zellen „denken“ mit chemischen Reaktionen“, sagte Studienleiter Jay Groves, eine Fakultät Chemiker in den Biowissenschaften Bereich des Department of Energy ‚ s Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab). „Im Bereich der Biologie als ganzes, die Idee, einen protein-kondensation Phasenübergang hat sammelte eine Menge Aufmerksamkeit vor kurzem. Viele Gruppen aus der ganzen Welt studieren diese Phänomene, aber bis jetzt, niemand wusste, wie oder warum die Zelle, die Sie verwenden.
„Unser Papier ist, glaube ich, die erste, direkt zu testen und zu bestätigen, wie eine phase-übergang regulieren kann signalisieren,“ Groves sagte. „Und die große Entdeckung ist, dass es eine molekulare timing-Mechanismus. Die Zelle ist mit der Zeit zu unterscheiden, eine echte rezeptor-stimulation von chemischen hintergrund Lärm.“
Studium ein essential cell messenger
Das team der Offenbarung kam als Teil der Laufenden Forschung von den Olivenhainen lab auf die physikalischen Mechanismen der T-Zell-Signalweg und die Ras-protein. Sie finden sich in allen eukaryotischen Zellen in mehreren Variationen, Ras trägt viele Hüte, einschließlich fungieren als regulator für das Zellwachstum, Teilung und Tod. T-Zellen, die Immunzellen, die erkennen von fremden und potenziell schädlichen Infektionen, Ras als ein-aus-Schalter für die intruder alert Weg, startet eine Schutz-Reaktion. Die T-Zellen die Fähigkeit, zu unterscheiden, eine echte externes signal — wenn ein fremdes Molekül bindet mit dem passenden Namen T-Zell-rezeptor (TCR) auf der Zelloberfläche — vor unbeabsichtigtem Kontakt mit dem nahe gelegenen Proteine ist wichtig für ein funktionierendes Immunsystem. Wenn eine T-Zelle versehentlich reagiert auf eine unserer eigenen Moleküle, dann eine Autoimmun-Erkrankung entwickeln kann. Zur gleichen Zeit, wenn eine T-Zelle verliert seine Empfindlichkeit, dann Viren in der Lage sein, zu wachsen unkontrolliert und Krebszellen nicht bekommt, verschwindet Sie aus dem Körper.
Aufgrund der weitreichenden Folgen für die menschliche Gesundheit, die Wissenschaftler haben lange überlegt, wie sich die Zellen regulieren Ihre Signale, um um diese balance zu erreichen. Frühere Studien hatten gezeigt, dass T-Zellen die Ras-Proteinen nicht interagieren direkt mit Zell-Rezeptoren. Stattdessen Rezeptoren senden Sie die „auf“ – signal für interne Vermittler-Proteine, einschließlich einer wichtigen Gruppe von drei Proteinen, bekannt als LAT und Grb2 und SOS, der sich schließlich übergeben Sie das signal Ras. Vor dieser Studie, wussten die Forscher, dass dieser molekulare trio konnte-link zusammen in einer phase des übergangs-Prozess, aber niemand wusste, was die phase des übergangs war zu tun. Und bis vor kurzem war es unmöglich herauszufinden, weil es keine Technologie, die erlaubt den Wissenschaftlern, direkt überwachen der Aktivität von einzelnen Molekülen in komplexen Zell-Membran-Systeme.
Das research-team entfernt diese Hürde durch die Erfindung ein Ansatz, der auf unterstützte Membran-microarrays, einer Technologie, die das team entwickelt seit vielen Jahren verwendet, Gerüste aus nanofabricated Strukturen zu halten Zellmembranen.
Phasenübergänge bei der Arbeit
In der aktuellen Studie verwendeten die Wissenschaftler die Mikroskopie zu beobachten, den moment, dass eine T-Zell-rezeptor, der auf einer unterstützten Membran-microarray fragte einer einzigen pas-Molekül zu aktivieren. Stattdessen reagieren Sie sofort, SOS wartete für 10 bis 30 Sekunden, bevor Sie in den aktiven Status. Wenn die nahe gelegenen LAT und Grb2-Moleküle wurde die phase des übergangs mit SOS, und kondensiert in Ihrem zusammengebauten Zustand, Sie halten konnte, SOS an die Membran lange genug, um SOS zu aktivieren. Ohne die phase des übergangs, die lange Verzögerung in der SOS-Molekül würde verhindern, dass es zu aktivieren, bevor es Links den rezeptor.
„Es ist wie das protein hat eine Verzögerung eingebaut“, erklärt Groves. „Es muss die phase des übergangs in Kombination mit nachhaltigen Signalisierung, und nur dann wird es drehen.“
Obwohl diese Forschung wurde spezifisch für T-Zell-Signalisierung, Haine und seine Kollegen glauben, dass eine ähnliche phase-transition-timing-Mechanismen wahrscheinlich sind involviert in eine Vielzahl von anderen Zell-Antworten. Jetzt wurde ein bewährte experimentelle Technik für die Beobachtung der molekularen Aktivierung solcher Prozesse, hofft das team, zu entwirren, mehr langjährige Geheimnisse von, wie Zellen durchzuführen, die so viele komplexe Aufgaben.