Naukowcy opracowują pierwszą dynamiczną mapę podziału ludzkich komórek

Mitoza, czyli podział pojedynczej na dwie identyczne komórki, jest częścią naturalnego procesu cyklu życia komórek. Ten fundamentalny proces zachodzący w ludzkim ciele ma dwa główne cele: naprawę uszkodzonych tkanek i wspomaganie wzrostu organizmu. Aby mógł zachodzić, setki różnych białek współpracują ze sobą w każdej komórce, napędzając różne przebiegające w niej procesy. Białka pomagają komórce zachować kształt, kontrolują ruch cząsteczek i naprawiają ją, gdy dojdzie do jej uszkodzenia. Odgrywają również szczególnie ważną rolę w podziale komórek, ponieważ kontrolują wszystkie elementy tego procesu od początku do końca.

O ile do tej pory większość laboratoriów badawczych koncentrowała się na pojedynczych białkach w żywych komórkach, naukowcy pracujący nad finansowanymi przez UE projektami iNEXT i CohesinMolMech zastosowali bardziej kompleksowe podejście. Wychodząc poza pojedyncze białka i badając sieci białek aktywnych w żywych ludzkich komórkach, stworzyli oni pierwszy dynamiczny model białek powiązanych z podziałem komórek u człowieka.

Atlas białek tworzony w czasie rzeczywistym

Model o nazwie Mitotic Cell Atlas (atlas podziału komórek) wykorzystuje dane obrazowania czterowymiarowego do ukazania zmian zachodzących w ludzkich komórkach podczas 5 faz mitozy: interfazy, profazy, metafazy, anafazy i telofazy. Dzięki wprowadzeniu dowolnej kombinacji maksymalnie siedmiu białek użytkownicy będą mogli w czasie rzeczywistym śledzić odpowiedni proces podziału komórek.

Jak wyjaśniają badacze z projektu w artykule opublikowanym w czasopiśmie „Nature”, model ten może być również wykorzystany do badania roli, jaką białka odgrywają w innych funkcjach komórkowych, takich jak śmierć komórek lub przerzuty komórek nowotworowych. Aby stworzyć dynamiczny atlas białek podziału ludzkich komórek, naukowcy zastosowali ogólne podejście. Może ono służyć do mapowania i wyodrębniania dynamicznych sieci białkowych, które powodują podział komórek w różnych ich typach. „Patrząc na dynamiczne sieci tworzone przez te białka, możemy zidentyfikować krytyczne słabe punkty, w których istnieje tylko jedno białko odpowiedzialne za połączenie dwóch zadań, bez mechanizmu zapasowego”, mówi współautor badania i starszy naukowiec z Europejskiego Laboratorium Biologii Molekularnej (EMBL) Jan Ellenberg w komunikacie prasowym opublikowanym na stronie internetowej partnera projektu.

Zbadano dwadzieścia osiem spośród setek białek

Nowy czterowymiarowy model został wykorzystany do integracji danych na temat fluorescencyjnie aktywowanych białek mitotycznych pobranych z komórek HeLa, nieśmiertelnej linii ludzkich komórek nowotworowych powszechnie wykorzystywanych w badaniach naukowych. W sumie przy użyciu trójwymiarowej mikroskopii konfokalnej zbadano 28 białek, które odgrywają ważną rolę w mitozie, w celu określenia ich położenia w komórce w różnych punktach czasowych. Jednak zanim zespół będzie w stanie stworzyć zestaw danych dla około 600 białek, które odpowiadają za mitozę w ludzkich komórkach, potrzeba jeszcze wielu lat pracy. „W dłuższej perspektywie pełny przegląd wszystkich białek w komórce pozwoli nam zobaczyć, jak różne ważne procesy życiowe, na przykład podział i śmierć komórek, są ze sobą powiązane. Można to zrozumieć tylko postrzegając je jako sieć”, mówi Stephanie Alexander, współautorka pracy i kierownik ds. badań w grupie EMBL Ellenberg w tym samym komunikacie prasowym.

Uczestnicy projektu iNEXT (Infrastructure for NMR, EM and X-rays for translational research) pracują nad przełożeniem podstawowych badań z zakresu biologii strukturalnej na praktyczne zastosowania w dziedzinie nauk biologicznych. Badania prowadzone w projekcie CohesinMolMech (Molecular mechanisms of cohesin-mediated sister chromatid cohesion and chromatin organization) mają umożliwić dokładniejsze zrozumienie podziału komórek, struktury chromatyny i regulacji genów.

Więcej informacji:
strona projektu iNEXT