Med ny metode kan forskere blandt andet se, at celler reagerer på forskellige stressfaktorer ved at flytte mange af deres signalproteiner fra ét sted i cellen til et andet. Indsigten kan give større forståelse for de bagvedliggende mekanismer bag Alzheimers og udvikling af kræft.
Hver af kroppens celler er fyldt med signalproteiner, der på den ene eller anden måde er med til at bestemme cellens funktion.
Når signalproteinerne siger én ting, gør cellen det, og når signalproteinerne siger noget andet, gør cellen det.
På grund af signalproteinernes essentielle rolle for sund cellefunktion er de meget præcist kontrolleret af cellen. Det gælder både i forhold til deres funktion, men også i forhold til deres lokalisering i cellerne.
Hidtil har forskere skullet bruge dage på at studere lokaliseringen af signalproteiner i celler, men den forsøgsprotokol har forskere nu kogt ned til kun at vare i fem timer.
Den nye forsøgsprotokol gør det meget lettere for forskere ikke kun at finde ud af, hvor signalproteinerne er i cellen, men også hvordan de bevæger sig rundt i cellen som modsvar på de forskellige stimuli, som cellen skal reagere på.
”Med den nye metode kan vi studere signalproteinernes dynamik og se, hvordan de inden for få minutter reagerer på eksterne stimuli ved at flytte sig andre steder hen i cellen. Det giver os nogle helt nye muligheder for at studere cellulær funktionalitet, hvilket kan have anvendelse inden for en lang række videnskaber fra biologi og biosyntese til sundhedsvidenskab,” fortæller en af forskerne bag det nye studie, postdoc Ana Martínez del Val fra Novo Nordisk Foundation Center for Protein Research ved Københavns Universitet.
Forskningen er offentliggjort i Nature Communications.
Proteiner flyder rundt mellem forskellige steder i cellen
Signalproteiner flyder ikke bare vilkårligt rundt inde i cellen. De kan blandt andet befinde sig i cytosolet, der er væsken inde i cellen. De kan også være i selve plasmamembranen eller inde i cellekernen.
Forskellige signalproteiner befinder sig forskellige steder i cellen på forskellige tidspunkter med forskellige effekter. Når noget skal ændres i cellens funktion eller som en reaktion på omgivelserne, flytter proteinerne sig fra eksempelvis plasmamembranen til cellekernen eller omvendt.
I det nye forskningsarbejde har forskerne fundet ud af, hvordan de kan holde styr på placeringen af ikke bare ét protein i cellen ad gangen, men dem alle sammen på samme tid.
”Det gør vi med massespektrometri, som gør det muligt for os at måle alle proteinerne i et system samtidig. Den teknik har vi udviklet til også at kunne finde ud af, hvor i cellerne proteinerne befinder sig. Det har andre forskere gjort før os, men deres forsøgsprotokoller har været meget besværlige og tidskrævende,” forklarer Ana Martínez del Val.
Kan give større forståelse for cellulær signalering i kræftceller
I den nye protokol inddeler forskerne cellen i seks separate fraktioner og analyserer dem hver for sig.
Fordi protokollen er så hurtig og følsom at arbejde med, kan forskerne anvende den til flere forsøg og tidspunkter, at de kan derfor se, hvordan signalproteinerne ikke bare flytter sig inde i cellen, men også hvordan de bliver ændret kemisk.
Signalmolekylerne kan blandt andet blive fosforyleret, hvilket netyder, at der bliver sat et fosfatmolekyle på dem, eller de kan blive defosforyleret (fosfatmolekylet bliver fjernet igen). Fosforylering er generelt et signal til proteiner om at blive aktive, inaktive eller flytte sig.
”Det nye i dette studie er protokollen. I studiet viser vi, at vi kan analysere på hundredvis af prøver inden for kort tid og på den måde få en helt unik indsigt i cellernes interne proteinsignalering. Den viden er blandt andet relevant for at forstå forskelle mellem raske celler og kræftceller. Her er kræftcellernes anderledes signalering vital for sygdomsspredning, og det kan man bedre studere med denne protokol,” siger Ana Martínez del Val.
Giver indsigt i proteiner med relevans for kræft og Alzheimers
I studiet har forskerne i to forsøg vist, at de kan bruge deres protokol til at få ny viden om dynamikken i cellers signalproteiner og deres placering i cellen til tidspunkterne A, B eller C.
For det første har forskerne undersøgt, hvad der sker i celler, når de får stimuleret nogle specifikke receptorproteiner på celleoverfladen.
Disse receptorer hedder epithelial growth factor (EGF)-receptorer og spiller en vigtig rolle i blandt andet udvikling af Alzheimers og kræft. Hvis receptorerne stimuleres for lidt, kan man udvikle Alzheimers, mens man kan udvikle kræft, hvis receptorerne stimuleres for meget.
I forskningen kunne forskerne se, at når receptorerne bliver stimuleret med vækstfaktoren EGF, går receptorproteinerne væk fra celleoverfladen ved at trænge ind i nogle små intracellulære transportvesikler, som transporterer dem forskellige steder hen i cellen, hvor de kan viderebringe information.
Denne ændring sker allerede inden for to minutter af stimuleringen og topper efter otte minutter.
I det andet forsøg undersøgte forskerne, hvordan cellens proteiner reagerer på osmotisk stress, altså hvor koncentrationen af molekyler er anderledes inde i cellen sammenlignet med uden for cellen.
I dette forsøg kunne forskerne se, at ribosomerne, der oversætter genetisk information til proteiner, flytter fra cytosolet til cellekernen.
Det er heller ikke set før.
”Når ribosomerne flytter, er det måske en forsvarsmekanisme for at beskytte dem. Protokollen handler ikke bare om at spare tid, men åbner også for nogle helt nye anvendelser og indsigter, som vi ikke har haft mulighed for at få med de forhenværende metoder til at studere proteiners bevægelser i celler,” forklarer Ana Martínez del Val.
