2023 Autor: Bailey Leapman | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-05-20 22:44
UCSF-i teadlased on valgustanud olulist sammu signaaliülekande rajal, mis aitab korraldada embrüonaalset arengut. Nende sõnul võib see leid anda ülevaate tüvirakkude arengust, samuti sünnidefektidest ja vähkkasvajatest ning seega aidata kaasa ravistrateegiatele.
Ajakirjas Nature (13. oktoober 2005) avaldatud uuring keskendub signaalmolekulide perekonnale Hedgehog, mis mängivad keskset rolli varajase embrüo kasvu ja ruumilise plaani, aga ka selle hilisema arengu suunamisel. elundite ja jäsemete areng. Hedgehogi signaalimise defektid on mõnede sünnidefektide ja vähivormide oluline põhjus.
Ühest rakust eritunud Hedgehogi signaal tulistab teise raku pinnaretseptorile ja edastab seejärel biokeemiliste reaktsioonide kiires järjestuses sõnumi raku tuuma. Seal väljastab see juhise, ajendades rakku jagunema või spetsialiseeruma teatud rakutüübile või migreeruma, et aidata moodustada embrüo teist osa jne. See tehing, mida nimetatakse signaaliülekandeks, on embrüonaalse arengu lakkamatu tegevus.
Teadlased on juba ammu teadnud, et Hedgehog-i signaalimine nõuab valgu, mida tuntakse nimetuse Smoothened, aktiivsust. Seda on tõestatud loomadel alates putukatest kuni inimesteni.
Nad on ka teadnud, et Smoothenedi defektid, mis toimivad ainult Hedgehogi signaaliülekandes, põhjustavad mõningaid inimese vähijuhtumeid – kõige silmatorkavam alt nahavähki, mida tuntakse basaalrakulise kartsinoomina ja lapsepõlves esinevat ajuvähki medulloblastoomina. samuti mõned sünnidefektid.
Kuid nad ei tea, kuidas Smoothened oma funktsiooni täidab ega ka seda, kus see sihtlahtris asub.
Nüüd on UCSF-i teadlased vastanud mõlemale küsimusele mitmete kultuurirakkude tüüpide ning sebrakala ja hiire embrüotega läbi viidud uuringute kaudu. Protsessi käigus on nad paljastanud rakulise komponendi kriitilise rolli, mis on siiani olnud mõistatus: antennitaoline struktuur, mis on kinnitatud rakkudele, mida tuntakse esmase tsiliumina.
Selgub, et esmane tsilium toimib toetuspunktina akrobaatilistes liikumistes Hedgehog signaali ja silutud valgu vahel. Kui Hedgehog on sihtraku pinnal oma retseptori külge kinni jäänud, sunnib see rakku liigutama Smoothened, mis paikneb raku tuuma ümbritsevates vesiikulites, primaarsesse tsiliumi. Smoothenedi positsioneerimine tsiliumile omakorda kutsub esile Hedgehog signaalide allavoolu signaalimise tuuma, kus juhised väljastatakse.
Teadlaste sõnul pole selge, kuidas või mida esmane tsilium Smoothenedi tegevuse edendamiseks teeb. Selle osalemine protsessis on aga ilmutus.
Teadlased teatasid mujal ajakirjas Nature (6. november 2003), et primaarse ciliumi eemaldamine rakkudest põhjustas Hedgehogi signaalimisest tingitud närvimustrite defekte. Kuid nad ei teadnud, miks.
"See uuring käsitleb kahte mõistatust – kuidas Smoothened toimib ja primaarse ciliumi roll – ning pakub välja mehhanismi, mille abil need on ühendatud," ütleb uuringu vanemautor Jeremy Reiter, MD, PhD. UCSF-i arengu- ja tüvirakubioloogia programmi stipendiaat, mis on osa UCSF-i tüvirakkude ja koebioloogia instituudist.
Mõju meditsiiniuuringutele on tema sõnul märkimisväärne.
Siili signaalid mängivad olulist rolli, ajendades embrüonaalseid ja täiskasvanud tüvirakke diferentseeruma teatud rakkudeks, mis moodustavad kehakuded – näiteks aju, kõhunäärme ja naha omadeks. Reiter ütleb, et uus leid aitab teadlaste jõupingutusi kasutada signaalmolekule, et suunata embrüonaalsete tüvirakkude diferentseerumist kultiveerimisnõus, eesmärgiga kasutada neid patsientide kahjustatud kudede asendamiseks või täiendamiseks.
See avastus võib olla eriti oluline neuraalsete tüvirakkude uurimise jaoks, ütleb UCSF tüvirakkude ja koebioloogia instituudi direktor Arnold Kriegstein, MD, PhD. Kriegstein, neuraalsete tüvirakkude teadlane, ei olnud uuringu autor.
"Siili signaalimine mängib kriitilist rolli neuraalsete tüvirakkude diferentseerumisel ajus erinevateks neuronite vormideks," ütleb ta. "Tsiliumi tähtsuse avastamine Hedgehogi signaalimises peaks oluliselt edendama meie arusaamist sellega seotud mehhanismidest," ütleb ta.
Reiter ütleb, et see leid peaks andma tõuke teatud sünnidefektide (nagu holoprosentsefaalia ja jäsemete defektid) ja vähi põhjuste uurimiseks. Smoothened on juba teadaolev alt proto-onkogeen, normaalne geen, mis mutatsiooni korral võib põhjustada vähktõbe. Kuid selle tihe seotus primaarse ciliumiga viitab sellele, et ka viimane võib olla seotud, mis viitab võimalikule ravi sihtmärgile.
Laiemas plaanis, ütleb Reiter, näitab peamise tsiliumi roll Hedgehogi signaalimises, et see toimib tõenäoliselt ka muudel signaalimisteedel.
Teadlased hakkasid järk-järgult käsitlema Smoothenedi ja primaarse ciliumi rolli. Esiteks, ajendatuna nende huvist Smoothenedi vastu, asusid nad kindlaks tegema, kus see embrüos väljendus. Nad tegid seda, arendades valgu vastu väga spetsiifilisi antikehi ja rakendades neid kaheksapäevase hiire embrüo koele. Uuring näitas, et Smoothened oli sõlme rakkudes mõõduk alt ülesreguleeritud, mis on hiire embrüo oluline varane organisaator, ja seda ekspresseeriti peamiselt nende sõlmerakkude primaarses tsiliumis. See oli märkimisväärne üllatus.
Teiseks, et uurida, kas Smoothenedi liikumist tuuma ümbritsevatest vesiikulitest ripsmetesse reguleerisid Hedgehogi signaalid, viisid nad läbi kaks uuringut, millest üks hõlmas kultiveeritud epiteeli- ja fibroblastirakke, mis ekspresseerisid Smoothenedit, ja teises hiire embrüot. Mõlemal juhul eksponeeriti üks rakkude komplekt Hedgehogi signaalidele. Teine komplekt puutus kokku tsüklopamiiniga, ravimiga, mis blokeerib Smoothenedi funktsiooni. Hedgehogi signaalidele avatud rakkudes liikus Smoothened rakukeha vesiikulitest tsiiliumi. Tsüklopamiiniga kokkupuutunud rakkudes ei olnud Smoothened ripsmel tuvastatav.
Teadlased on teadnud, et tsüklopamiin pärsib Hedgehogi signaaliülekannet ja võib takistada Hedgehogist sõltuvate vähivormide levikut. Teadlaste sõnul on tõestus, et ravim mõjutas silutud liikumist tsiliumile, viitab sellele, kuidas tsüklopamiin pärsib Hedgehogi rada, ja näitab, et korrelatsioon tsiliumil silutud ja raja aktiveerimise vahel on väga tihe.
Kolmandaks uurisid nad, kas Smoothened valk sisaldas aminohappejärjestust, mida teised seitsmest transmembraanist valgud vajavad primaarsesse tsiliumi liikumiseks, ja kui jah, siis kas see järjestus – nn "motiiv" - oli oluline. selle sinna ümberpaigutamiseni. Vastus mõlemale küsimusele oli jaatav. Hiirerakkude uurimine, kus Smoothened oli motiivi puudumise tõttu muteerunud, näitas, et Smoothened ei liikunud enam primaarsesse tsiliumi.
Lõpuks testisid nad Smoothenedi funktsiooni kindlakstegemiseks Smoothenedi mutantset vormi, mis ei saanud enam kultuuris ja sebrakala embrüote epiteelirakkudes liikuda primaarsesse ciliumisse, et näha, kas valk ikka toimib. Ei teinud.
"Seega ei sõltu mitte ainult silutud tsiliaarne lokaliseerimine Hedgehogi signaalimisest, vaid siili signaalimine ka silutud tsiliaarse lokaliseerimise motiivist," ütleb Reiter.
"Kas Smoothened toimib tsiliumi juures kõigis rakutüüpides, tuleb veel kindlaks teha. Lisaks jääb ebaselgeks, kuidas Smoothened aktiveerib Hedgehog raja ciliumi juures," ütleb ta. "Kuid praegune leid loob aluse tulevastele uuringutele, millel võib lõpuks olla kliiniline kasu."
Uuringu kaasautorid olid Kevin C. Corbit, Pia Aanstad, Veena Singla, Andrew R. Norman ja Didier Y. R. Stainier, PhD. Kõik on UCSF-i arengu- ja tüvirakubioloogia programmi ning UCSF-i diabeedikeskuse liikmed. Aanstad ja Stainier on ka UCSF-i biokeemia ja biofüüsika osakonna liikmed. Kõik on ka UCSF Tüvirakkude ja koebioloogia instituudi liikmed.
Uuringut rahastasid riiklikud tervishoiuinstituudid, Sandleri sihtasutus ja March of Dimes.
