Расшифровка грамматики биологических клеток

Клетки в организме обмениваются множеством сигналов с окружающей средой. Дефектные сигнальные пути могут негативно влиять на функцию клеток и вызывать заболевания. Однако мы едва знаем больше, чем "словарь" клеточного языка. Неизвестно, как "слова" объединяются в "предложения". Если бы грамматика клеток была известна, можно было бы понять сложные процессы в них. Исследователи из KIT представили метод для декодирования грамматики клеточных сигналов в журнале Angewandte Chemie.

"Рецепторы на клеточных мембранах реагируют на множество сигнальных молекул. Они представляют собой словарь коммуникации", — объясняет Кристоф Нимайер из Института биологических интерфейсов KIT. Как правило, одновременно адресуются несколько пространственно распределенных рецепторов, подобно тому, как в человеческом языке несколько слов объединяются в предложение. Точное значение отдельных слов определяется только в контексте всех компонентов предложения. "С помощью нашего нового метода MOSAIC мы теперь можем целенаправленно расшифровывать не только словарный запас, но и целые предложения клеточного языка".

Чтобы адресовать отдельную клетку определенным "предложением", Нимайер и его команда сначала закрепили нужные сигнальные молекулы на своего рода "перфоборде" длиной около 100 нм с точностью 5 нм. Затем десятки таких "досок" нанесли на клеточный носитель. Таким образом, множество молекул можно расположить на большой площади с нанометровой точностью. "Нам удалось объединить в методе MOSAIC как самоорганизацию молекул, так и технологию микроскопической печати", — говорит Нимайер.

"Перфоборды" состоят из длинных молекул ДНК, собранных по точному чертежу. Затем молекула ДНК самоорганизуется, сворачиваясь в доску размером 100 нм в длину и 50 нм в ширину, которая может принимать нужные сигнальные молекулы в определенных местах. Основания для "досок" печатаются на клеточном носителе из фрагментов ДНК. Эти специфические основания имеют диаметр в несколько микрометров и могут быть напечатаны на площади до 1 см². Подбирая соответствующие последовательности ДНК, "доски" прикрепляются к нужному основанию в правильной ориентации. Чтобы доказать работоспособность метода MOSAIC (Multiscale Origami Structures as Interfaces for Cells), исследователи в первом исследовании показали, что модельная клеточная линия MCF7 по-разному реагирует на "доски" с различной плотностью расположения молекул.

"Многие заболевания, такие как рак или аутоиммунные расстройства, можно объяснить нарушением работы рецепторов и сигналов в клетках. Понимание сложных сигнальных путей, следовательно, является основой для будущих терапевтических подходов и разработки лекарств", — подчеркивает Нимайер.