(Khuloud T. Al-Jamal & Antonio Garcia) Zum ersten Mal haben Wissenschaftler beobachtet, wie sich der Tod durch eine Zelle bewegt, und die Geschwindigkeit gemessen, mit der er sich fortbewegt.
Die Signale, die Apoptose auslösen – eine Art Zellselbstmord, auch bekannt als programmierter Zelltod (PCD) – laufen in einer Welle mit einer Geschwindigkeit von drei Mikrometern (0,003 Millimetern) pro Minute durch die Zelle.
Der Wellensignalisierungsprozess wird als Triggerwelle bezeichnet. Wenn Sie an einen Waldbrand denken, der sich von einem einzigen Punkt aus ausbreitet, oder a Kreis fallender Dominosteine Nach innen haben Sie ein gutes Verständnis dafür, wie eine Triggerwelle funktioniert.
Sie sind jedoch ein wichtiger biologischer Prozess im Alltag einer Zelle, der dazu dient, Informationen schnell und zuverlässig über große Entfernungen zu übertragen.
Bei mehrzelligen Tieren sind sie am Zellzyklus beteiligt, bei dem sich Zellen teilen, um neue Zellen zu bilden – dieser Prozess wird in der gesamten Zelle aktiviert unter Verwendung von Triggerwellen .
Sie finden sich auch im Gehirn als neuronale Aktionspotentiale – die Ausbreitung elektrischer Signale entlang des Axons Wellen auslösen .
Dies ist jedoch das erste Mal, dass sie mit dem Zelltod in Verbindung gebracht werden.
„Diese Arbeit ist ein weiteres Beispiel dafür, wie die Natur diese Triggerwellen – Dinge, von denen die meisten Biologen noch nie gehört haben – immer wieder nutzt.“ sagte der Biochemiker James Ferrell von der Stanford University .
„Es ist ein wiederkehrendes Thema in der Zellregulation.“ Ich wette, wir werden es bald in Lehrbüchern zu sehen bekommen.‘
Apoptose ist eine der am besten verstandenen Formen des Zelltods. Dabei handelt es sich um den Prozess, bei dem sich der Körper von alten, unnötigen oder ungesunden Zellen (z. B. solchen mit Mutationen, die dazu führen könnten) befreit in Krebs verwandeln oder solche mit einer Infektion), ohne das umliegende Gewebe zu schädigen.
Aber trotzdem ist es immer noch ein Rätsel. Beispielsweise werden diese mutierten Zellen nicht immer gestoppt davor, krebsartig zu werden oder es überlastet sich mit verheerender Wirkung und zerstört bei neurodegenerativen Erkrankungen gesunde Zellen wie Parkinson und Alzheimer .
Wenn wir herausfinden wollen, wie dies geschieht – und je nach Situation den Prozess entweder unterstützen oder verlangsamen wollen – müssen wir wissen, wie die Apoptose reguliert wird, sagten die Forscher.
Um Apoptose in einer Zelle zu beobachten, verwendeten die Forscher das Ei eines afrikanischen Krallenfrosches. Sie haben das entfernt Zytoplasma Entnahm der Eizelle das gesamte Material bis auf den Zellkern und gab es in ein Röhrchen. Dann leiteten sie die Apoptose ein, indem sie ein grün fluoreszierendes Protein verwendeten, das leuchtet, wenn Apoptose auftritt.
Dieses grüne Leuchten bewegte sich mit konstanter Geschwindigkeit durch die Röhre und deutete darauf hin, dass sich die Apoptose über Triggerwellen ausbreitete, im Gegensatz zur chemischen Diffusion, der viel langsameren Kommunikationsmethode.
Der nächste Schritt bestand darin, herauszufinden, ob dieser Prozess auch in der Zelle im natürlichen Zustand abläuft. Da Froscheier jedoch ziemlich undurchsichtig sind, wäre die Verwendung einer Fluoreszenzmikroskopie nicht so hilfreich.
Als sie jedoch in einem intakten Ei Apoptose auslösten, stellten sie fest, dass sich dessen Farbe veränderte und mit dem Absterben der Zelle dunkler wurde. Diese Änderung erfolgte in einer gekrümmten Welle mit konstanter Geschwindigkeit über die Oberfläche, was auf eine Triggerwelle hindeutet.
(Cheng & Ferrell/Wissenschaft)
Als sie die Eier analysierten, stellten sie fest, dass sie aktiviert waren Caspasen - Arten von Enzymen, die eine entscheidende Rolle beim programmierten Zelltod spielen - in den Eiern, die diese Farbveränderung erfahren haben. Die lebenden Eier hingegen verfügten nicht über diese aktivierten Caspasen.
Sie stellten fest, dass diese Caspasen aktiviert werden, sobald der Zelltod eingeleitet wird. Diese breiten sich dann auf andere nahegelegene Kaspasen aus und so weiter und so weiter, wie die fallenden Dominosteine, bis die ganze Zelle sie zerstört hat.
Der nächste Ort, an dem das Team nach Triggerwellen suchen möchte, ist die Immunantwort des Körpers, um festzustellen, ob der Mechanismus eine Rolle bei der Ausbreitung im Körper spielt.
„Wir haben all diese Informationen über Proteine und Gene in allen Arten von Organismen und wir versuchen zu verstehen, was die wiederkehrenden Themen sind.“ sagte Ferrell .
„Wir zeigen, dass Kommunikation über große Entfernungen durch Triggerwellen erreicht werden kann, die von Dingen wie positiven Rückkopplungsschleifen, Schwellenwerten und räumlichen Kopplungsmechanismen abhängen.“ Diese Inhaltsstoffe kommen überall in der biologischen Regulation vor. „Jetzt wollen wir wissen, wo es sonst noch Triggerwellen gibt.“
Die Forschung des Teams wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft .