Исследования того, как клетки реагируют на раздражители, дают представление о механизмах заболевания и лечении

Ученые Орегонского государственного университета расшифровывают, как клетки взаимодействуют и коллективно реагируют на химические раздражители во внеклеточной среде, и эти знания имеют решающее значение для понимания физиологических процессов и блокирования механизмов болезни.

Исследование, проведенное исследователями из Научного колледжа ОГУ и Ветеринарного колледжа Карлсона, показывает, что продолжительность раздражителей играет большую роль в соединении коммуникационных сетей клеток.

Исследователи отмечают, что ученые из Университета Питтсбурга также сотрудничали в исследовании того, что биофизики называют многоклеточным хемоощущением, которое до сих пор окутано тайной, несмотря на его важность в биологических процессах.

«Мы все еще далеки от полного понимания того, как информационные сети регулируются либо внешней стимуляцией, либо идентичностью клеток», — сказал Гуанью Ли, докторант Колледжа наук. «Так вот что наша газета пыталась расследовать».

По словам Ли, внеклеточная среда — по сути, жидкость, окружающая клетки, — содержит много видов химических веществ. При определенных патологических или физиологических состояниях химический состав изменяется и запускает сигнальный процесс, который заставляет клетки создавать ответы, необходимые для поддержания нормальной функции.

По словам Ли, скоординированные реакции среди группы клеток становятся возможными благодаря тому, что клетки обмениваются молекулами со своими ближайшими соседями. Обмены позволяют клеткам ощущать изменения окружающей среды и реагировать на них более надежно, чем если бы они ощущали и реагировали индивидуально, и позволяют многоклеточным организмам — людям, животным и т. д. — выживать в сложных условиях.

«Например, когда вы делаете кардио-тренировку, клеткам нужна энергия, что приводит к аэробному метаболизму для создания большого количества АТФ, молекулы энергии», — сказал он. «Когда вы испытываете жажду, ваше тело вырабатывает АДГ — антидиуретический гормон — чтобы способствовать реабсорбции воды, чтобы вы не обезвоживались. Все эти изменения в химических веществах подобны сигналам, пытающимся предупредить организм о том, что происходит. отдельные клетки».

Захватывая или связывая химические молекулы с рецепторами на клеточной мембране, клетки могут определять, что происходит, и запускать соответствующие процессы. Загвоздка, однако, в том, что не каждая клетка обладает одинаковой способностью связываться с этими молекулами.

«Поэтому в любом многоклеточном организме скоординированное восприятие и реакция в группе сообщающихся клеток действительно важны», — сказал Ли.

В исследовании ученые использовали статистический анализ, чтобы определить отношения клеток с их ближайшими соседями, а затем провели эксперименты, чтобы увидеть влияние стимулирующих химических веществ на клетки и сети.

Ли, студентка OSU Honors College Алия Старман и доцент биофизики Бо Сун стимулировали клетки мозга, известные как нейроны, с помощью АТФ, молекулы энергии, встречающейся во всех формах жизни. В своих экспериментах они варьировали как количество АТФ во внеклеточной среде, так и то, как долго нейроны подвергались его воздействию.

Они также экспериментировали со снижением скорости клеточной коммуникации с помощью мононенасыщенной жирной кислоты, пальмитолеиновой кислоты, и повышением ее с помощью хлорида калия, соли галогенида металла.

«Наши анализы показывают, что связь информационной сети в основном регулируется временным профилем внешней стимуляции — как долго она длится — и уровнем коммуникативной способности самой клетки», — сказал Ли. «Величина дозы на самом деле не влияла на сеть. Было также интересно, что умеренная коммуникационная способность отдельных клеток приводила к максимальному соединению в информационной сети клеток — слишком большая или слишком маленькая коммуникационная способность приводила к снижению сетевой активности. подключение».

По словам исследователей, полученные данные проливают свет на то, как регулируются сети, открывая двери для возможности контроля многоклеточного ответа и борьбы с болезнями с помощью правильной стимуляции во внеклеточной среде.

Исследование также показало коллективную силу даже сравнительно небольшой группы клеток, добавил Сан.

«Слыша ритмы музыки, наблюдая за сигналом поворота автомобиля перед вами или считая волны на пляже, наш мозг ощущает периодичность и предсказывает, когда произойдет следующее событие в последовательности», — сказал он. «Но требует ли эта функция полной мощности мозга? Может ли минимальная система, такая простая, как слой нервных клеток, воспринимать периодические входные данные? Мы показали, что это возможно, и что нервные клетки делают это, формируя и организуя коммуникационную сеть. на основе повторения сигнала».

Выводы были опубликованы в Труды Национальной академии наук.