Для лучшего понимания механизма передачи сигналов в клетке ученые генетически спроектировали дрожжи.
Исследователи «отрегулировали» основной механизм передачи сигналов клетки, переконструировав ДНК внутри клеток дрожжей, чтобы контролировать их реакцию на окружающую среду. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Cell.
Механизм регуляции клеток
Есть надежда, что способность изменить реакцию клеток поможет ученым понять, как функционируют больные клетки, и поможет использовать модифицированные клетки для лечения пациентов.
G-белковые рецепторы (GPCR) - это рецепторы, которые позволяют клеткам ощущать химические вещества, такие как гормоны, яд и лекарственные препараты в окружающей среде. Клетки считывают окружающую среду и узнают уровень гормонов, таких как адреналин, серотонин, гистамин и дофамин. Они также могут действовать как рецепторы света, запаха и вкуса, некоторые из которых расположены на языке, представляя ощущение вкуса. В нашем организме содержится около 800 различных GPCR, и примерно половина всех лекарственных препаратов использует эти рецепторы, включая бета-блокаторы, антигистаминные препараты и различные виды антипсихотических препаратов. Но недостаточно известно о том, как работает сигнализация GPCR. Одна из трудностей для исследователей заключается в том, что вариации ДНК могут оказывать влияние на сигнальную сеть, и определение того, как части ДНК влияют на это, является серьезной проблемой.
Материалы и методы обследования
Ученые из Кембриджского университета (University of Cambridge) и Лондонского имперского колледжа (Imperial College London) использовали математическое моделирование и геномную инженерию для редактирования клеток дрожжей. Дрожжи были выбраны потому, что они имеют общие характеристики с клетками человека - самое важное, что они могут ощущать окружающую среду, используя GPCR.
Автор исследования Грэм Лэддс (Graham Ladds) говорит: «Дрожжи использовались в качестве механизма для понимания того, что происходит с людьми. Мы использовали математическое моделирование и генетическую модификацию для редактирования клетки».
Результаты научной работы
Ученые создали математическую модель дрожжевой клетки с различными концентрациями клеточных компонентов и выявили оптимальные уровни для наиболее эффективной передачи сигналов каждого из них.
Соавтор исследования Уильям Шоу (William Shaw) объяснил: «Это исследование позволило нам точно понять, как мы можем генетически сконструировать клетку, чтобы контролировать ее сигналы. Опираясь на результаты расчетов, мы создали высоко модифицированный штамм дрожжей со всеми несущественными взаимодействиями в пути передачи сигналов GPCR. Изменяя уровень ключевых компонентов, определенных в модели, мы смогли предсказуемо изменить способ клеток ответить на их среду».
Уильям Шоу добавил: «Мы узнали важные принципы о том, почему клетки по-разному реагируют на одни и те же молекулы одинаковых концентраций. Если есть вариации в последовательности ДНК, которая определяет уровни ключевых компонентов, тогда это может изменить все».
Выводы
Грэм Лэддс заключил: «GPCR фундаментально важны для функционирования систем здоровых клеток, и они остаются одним из наиболее целевых белков организма человека. Есть надежда, что улучшение нашего понимания этих белков приведет к открытию качественно новых лекарственных препаратов».
Авторы другого исследования обнаружили клетки, отвечающие за бессонницу.
