Starkes Mikroskop erfasst erste Bild nanoscaffold, fördert die Zell-Bewegung: Entdeckung führen könnten Einblicke in die Krebs-Metastasierung, Wundheilung, die Entwicklung von Organen und mehr Zell-Motilität-in Verbindung stehende Bedingungen

Es gibt viele Male, wenn unsere Zellen benötigen, um zu bewegen. Mobile Zellen-Leitfaden unser Körper die Bildung (embryonale Entwicklung). Immunzellen durchstreifen erfassen unerwünschten Eindringlingen. Und die Heilung der Zellen (Fibroblasten) Wandern, um zu heilen Wunden. Aber nicht alle Bewegung ist wünschenswert: Tumoren sind besonders dann gefährlich, wenn die Krebszellen die Fähigkeit erlangen, Reisen durch den Körper (Metastasierung). Bestimmte Bakterien und Viren nutzen die Zellen Motilität Maschinen zu dringen in unsere Körper. Das Verständnis, wie Zellen sich bewegen-und das rod-like-Aktin-Filamente, die in den Prozess — ist der Schlüssel zu lernen, wie zu stoppen oder zu fördern, die Beweglichkeit zu verbessern, die menschliche Gesundheit.

Nun, mit einem der stärksten Mikroskope der Welt Wissenschaftler aus dem Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute (SBP) und der University of North Carolina at Chapel Hill (UNC-Chapel Hill) identifiziert haben, die eine Dichte, dynamische und ungeordneten Aktin-filament nanoscaffold — ähnlich einem Heuhaufen — das ist, die in Reaktion auf ein molekulares signal. Dies ist das erste mal, Forscher haben direkt visualisiert, auf der molekularen Ebene, eine Struktur, die ausgelöst wird, in Antwort auf eine zelluläre signal — ein wichtiges Ergebnis, das erweitert unser Verständnis, wie Zellen sich bewegen. Die Studie wurde veröffentlicht in der Proceedings of the National Academy of Sciences der Vereinigten Staaten von Amerika (PNAS).

„Cyro-Elektronen-Mikroskopie revolutioniert unser Verständnis für das Innenleben von Zellen“, sagt Dorit Hanein, Ph. D., senior-Autor des Papiers und professor in der Bioinformatik und strukturbiologie-Programm bei SBP. „Diese Technologie erlaubt uns zu erfassen, robuste, 3D-Bilder der Regionen, die von Zellen-ähnlich wie MRI, erzeugt detaillierte Bilder des Körpers. Wir waren in der Lage zu visualisieren, die Zellen in Ihrem natürlichen Zustand, das ergab eine nie-vor-gesehen-Aktin-nano-Architektur innerhalb der Zelle.“

Die In der Studie verwendeten die Wissenschaftler SBP ist die Kryo-Elektronen-Mikroskop Titan Krios), künstliche Intelligenz (KI) und maßgeschneiderte computational and-cell-imaging-Ansätze zu vergleichen nanoskaligen Bilder von Maus-Fibroblasten zu Zeit-gestempelt Licht-Bilder von fluoreszierenden Rac1, ein protein, das regelt die Zelle, Bewegung, Reaktion, Kraft oder Belastung (mechanosensing) und pathogen-invasion. Dieses technisch komplexe workflow — die gebrückt fünf Größenordnungen (zehn Mikrometer bis Nanometer) — hat Jahre gedauert, um zu entwickeln, um Ihre aktuelle Niveau der Robustheit und Genauigkeit und wurde möglich gemacht durch experimentelle und rechnerische Anstrengungen der strukturellen Biologen-teams bei der SBP und der Biosensoren team an UNC-Kapelle Hügel.

Die Bilder offenbarten einen dicht gepackten, ungeordneten, Gerüst-artigen Struktur, die aus kurzen Aktin-Stangen. Diese Strukturen sprang in den Blick, in definierten Regionen, in denen Rac1 aktiviert wurde, und schnell abgeleitet, wenn Rac1 signaling aufgehört-in weniger als zwei und eine halbe Minute. Das dynamische Gerüst kontrastiert scharf mit verschiedenen anderen Aktin-Baugruppen in den Bereichen der niedrigen Rac1-Aktivierung-einige, die aus langen, ausgerichteten Stangen von Aktin, und andere, die aus kurzen Aktin-Stangen Verzweigung ist von den Seiten mehr Aktin-Filamente. Das Volumen umschließt die Aktin-Gerüst war ohne gemeinsamen zellulären Strukturen wie Ribosomen, Mikrotubuli, Vesikel und mehr, wahrscheinlich aufgrund der Struktur der intensiven Dichte.

„Wir waren überrascht, dass ein experiment nach dem experiment ergab diese einzigartige hotspots von nicht ausgerichteten, dicht gepackten Aktin-Stäbe in Regionen, korreliert mit der Rac1-Aktivierung“, sagt Niels Volkmann, Ph. D., ein co-entsprechenden Autor des Papiers, die led der numerische Teil der Studie und professor in der Bioinformatik und strukturbiologie-Programm bei SBP. „Wir glauben, dass diese Störung ist eigentlich das Gerüst und die Stärke-Sie gewährt die Flexibilität und Vielseitigkeit zu bauen, die größer, komplexer Aktin-filament-Architekturen, die Reaktion auf zusätzlichen lokalen räumlichen cues.“

Als Nächstes würden die Wissenschaftler gerne erweitern, das Protokoll zu visualisieren, mehr Strukturen, die als Antwort erstellt, zu anderen molekularen Signalen, und an der Weiterentwicklung der Technologie zu ermöglichen, Zugang zu anderen Regionen der Zelle.

„Diese Studie ist nur der Anfang. Jetzt entwickelt, dass wir diese quantitative nanoskaligen workflow, korreliert dynamische Signalisierung Verhalten mit der nano-Skala Auflösung der Elektronen-cryo-Tomographie, wir und weitere Wissenschaftler implementieren kann diese leistungsstarke Analyse-tool nicht nur für die Entschlüsselung das Innenleben der Zelle, Bewegung, aber auch für die Erklärung der Dynamik von vielen anderen makromolekularen Maschinen in einer unbeirrt zellulären Umgebung“, sagt Hanein.

Sie fügt hinzu, „Actin ist ein Baustein der protein; es interagiert mit mehr als 150 Aktin-bindende Proteine zu generieren, die verschiedenen Strukturen, die jeweils eine bestimmte Funktion erfüllt. Wir haben einen überschuss von unterschiedlichen Signalen, die wir abbilden möchte, die sich ergeben könnte noch mehr Einblicke in, wie Zellen sich bewegen.“