Vremenske kapsule za ćelije čuvaju tajna iskustva iz njihove prošlosti

Naučnici su transformisali zagonetne ćelijske strukture, zvane „kapsule“, u jedinice za skladištenje molekula informacione RNK.

Istraživači su konstruisali vremensku kapsulu za ćelije, sposobnu da prikuplja i čuva uspomene na prošlu aktivnost. Ove ćelijske skladišne jedinice mogle bi pomoći u otkrivanju tajni otpornosti kancera na lekove i biologije matičnih ćelija, i u širem smislu – kako prošli događaji oblikuju budućnost ćelije.

Preporučujemo

Vremenske kapsule su napravljene od misterioznih ćelijskih struktura poznatih kao kapsule, koje su modifikovane da prikupljaju i skladište molekularne proizvode genske transkripcije, poznate kao molekuli informacione RNK (mRNK).

„Ovo je veliki korak ka dugogodišnjem cilju u ovoj oblasti: mogućnosti da se kontinuirano beleži transkripcija u ljudskim ćelijama“, kažu naučnici iz švajcarskog Federalnog instituta za tehnologiju (ETH) u Cirihu. „Očekujemo da će vremenske kapsule omogućiti uvid u ranije nedostupne aspekte biologije“.

Ćelije se neprestano menjaju. Istraživači obično proučavaju dinamiku ćelija na dva načina. Jedan je posmatranje živih ćelija pod mikroskopom, pri čemu se ograničen broj vrsta molekula može pratiti danima pomoću fluorescentnih oznaka. Drugi način je snimak ćelije u jednoj tački u vremenu, obično na kraju eksperimenta, kad se molekuli mRNK mogu meriti putem sekvenciranja i porediti sa onima u drugim ćelijama kako bi se rekonstruisala prošlost ćelije.

Tokom poslednje decenije, istraživači su razvili brojne „snimače“ ćelija — mnogi koriste CRISPR instrumente za gensko modifikovanje — radi stvoranja trajnog genetskog registra prolaznih događaja, kao što je aktivnost određene molekularne putanje tokom vremena. Taj registar se kasnije može čitati sekvenciranjem genoma kako bi se identifikovale promene, stvarajući vremensku liniju ćelijskih događaja.

Međutim, snimači imaju manu: istraživači moraju unapred da odluče koje događaje žele da nadgledaju. U potrazi za nepristrasnim načinom beleženja životnog veka ćelije, naučnici sa Harvardskog univerziteta u Kembridžu u Masačusetsu dobili su inspiraciju na „Jutjubu“.

Naišli su na profil Leonarda Roma, ćelijskog biologa na Kalifornijskom univerzitetu u Los Anđelesu i autora edukativnog kanala o cilindričnim ćelijskim organelama zvanim „kapsule“. Rom je u 80-im godinama prošlog veka bio jedan od pronalazača tih kapsula, koje su prisutne u hiljadama u većini sisarskih ćelija. Ipak, njihova funkcija ostaje nepoznata.

Da bi pretvorili kapsule u vremenske kapsule, istraživači su modifikovali jedan protein tako da prepoznaje i vezuje se za molekularnu oznaku molekula mRNK, registrujući mRNK unutar kapsule. Proizvodnja tog proteina — ekvivalent pritisku na dugme „snimaj“ — pokreće se tretiranjem ćelija jednim lekom i zaustavlja se povlačenjem tog leka.

Sa ovim modifikacijama, vremenske kapsule su zabeležile mali deo svih molekula mRNK koje proizvodi jedna ljudska ćelijska linija tokom 24 časa i skladištili ih najmanje nedelju dana. Istraživači nisu pronašli znake da se ćelije sa vremenskim kapsulama ponašaju drugačije od običnih kapsula zbog svog sadržaja, niti da su cilindrične strukture menjale oblik ili veličinu nakon punjenja.

Praktične primene

Naučnici tek počinju da eksperimentišu sa ovim izumom. Vremenske kapsule su upotrebljene za razumevanje — i prevladavanje — opasnih ćelija raka otpornih na tretman. Ove ćelije nekako prežive dejstvo lekova, iako nemaju genetske mutacije koje bi im omogućile da izbegnu ciljano usmerene lekove.

Jedna hipoteza je da mRNK transkripti koji su aktivni u tim otpornim ćelijama mogu objasniti njihovu sposobnost da izbegnu lekove. Međutim, testiranje ove ideje nije lako, pošto lekovi protiv raka mogu izazvazi niz drugih transkripcionih promena koje je teško razdvojiti od onih koje bi mogle dovesti do otpornosti.

Pomoću vremenskih kapsula su identifikovane stotine gena koji su bili previše aktivni u otpornim ćelijama raka pluća pre nego što su tretirane lekom. Obuzdavanje aktivnosti nekih od najizraženijih gena dovelo je do toga da lek ubije veći procenat ćelija raka pluća.

Vremenske kapsule se takođe koriste za proučavanje kako se matične ćelije diferenciraju u različite tipove ćelija.

Bilo je potrebno „malo kreativnosti i malo hrabrosti“ da se kapsule pretvore u ćelijske vremenske kapsule, kažu eksperti. Mogle bi biti koristan dodatak CRISPR metodi snimanja. Pitanje je da li bi kapsule mogle biti konstruisane da skladište proteine i druge ćelijske uspomene, a ne samo RNK.

(Telegraf Nauka/Nature)