Wissenschaftler entdecken versteckte Unterschiede zwischen den Zellen, die helfen können, Ihnen auszuweichen, medikamentöse Therapie

Universität von Maryland-Forschern haben entdeckt, dass scheinbar identische Zellen können mit verschiedenen protein-Moleküle, die zur Durchführung der gleichen Funktion in einem wichtigen zellulären Prozess. Die Wissenschaftler benannten das neu entdeckte Variabilität „funktionale mosaikbildung,“ und es hat erhebliche Konsequenzen für die Entwicklung von therapeutischen Behandlungen, die oft mit dem Ziel entwickelt, ein spezifisches Molekül, oder ein gen produziert ein bestimmtes Molekül.

Durch die zeigen, dass einzelne Zellen innerhalb des gleichen Gewebes können verschiedene Moleküle, die für die Durchführung der gleichen Funktionen, die neuen Erkenntnisse helfen zu erklären, die Persistenz von einigen infizierten Zellen nach der medikamentösen Behandlung und Rückfälle in komplexen Krankheiten wie Krebs. Die Forschung Papier beschreibt die Arbeit veröffentlicht wurde, im September 10, 2019, Ausgabe der Zeitschrift Nucleic Acids Research.

„Funktionelle mosaikbildung führt eine warnende Nachricht“, sagte Antony Jose, senior-Autor des Papiers und außerordentlicher professor der Zellbiologie und molekulare Genetik an der UMD. „Es bedeutet, dass, wenn Sie eine medikamentöse Therapie, die Ziele einer bestimmten Prozess innerhalb von Zellen, Sie können nicht mehr davon ausgehen, dass alle Zellen des gleichen Typs verwenden die gleichen Moleküle oder Moleküle, die zur Durchführung des Prozesses. Wenn Sie tun, verpassen Sie vielleicht ein paar Zellen, wo die Dinge anders funktionieren.“

Obwohl Wissenschaftler haben lange bekannt, die über die biologische Redundanz—wenn Zellen durchführen können wichtige Funktionen in vielfältiger Weise—in der Regel übernehmen die Konsistenz und die gleichen Redundanzen zwischen allen Zellen des gleichen Typs. Funktionale mosaikbildung, auf der anderen Seite, bedeutet, dass innerhalb einer Gruppe von scheinbar identischen Zellen, einzelne Zellen können einen alternativen Pfad für bestimmte Funktionen.

„Mit der biologischen Redundanz, wenn Sie die Entwicklung ein Medikament zum Ziel, eine bestimmte Funktion und ist für die Zellen eine alternative Möglichkeit zum ausführen der Funktion, Ihr Medikament wird scheitern, weil alle Zellen die alternative,“ Jose erklärt. „Funktionelle mosaikbildung ist anders, und es kann täuschen. Ihr Medikament scheint zu arbeiten, weil es funktioniert in einige Zellen—auch die meisten Zellen, aber möglicherweise gibt es ein paar Zellen, die bestehen, weil Sie verwenden können, eine alternative, die Sie sich nicht bewußt sind.“

Jose und sein team von UMD-Forscher entdeckt, funktionale mosaikbildung während des Studiums der RNA-Interferenz (RNAi), einen wichtigen biologischen Prozess, der hilft, die Zellen zur Bekämpfung von Infektionen. Obwohl Sie nicht sah, die für funktionelle mosaikbildung in anderen zellulären Prozessen, doch Ihre Ergebnisse repräsentieren eine bisher unbekannte und unerwartete Maß an Variabilität, dass nach Jose ist wahrscheinlich, gibt es in vielen zellulären Prozessen.

In der Studie, Jose und sein team hatten untersucht, wie RNA bewegt sich von einem Gewebetyp zum anderen das ausschalten der Gene. Wie DNA, RNA ist eine Zeichenfolge codiert, Anleitung, verschiedene Funktionen in lebenden Zellen. Im Gegensatz zu DNA, RNA erfolgt in der Regel in einzelne Stränge, außer bei einigen Viren, die Einführung doppelte Stränge der RNA in die Zellen. Eine gemeinsame Verteidigung, die in lebenden Zellen entwickelt haben, die gegen die virale Infektion ist, dass Sie erkennen, double-stranded RNA-und ausschalten von Genen mit einer übereinstimmung von DNA-Sequenzen. Dieses gen-silencing-Prozess genannt RNAi.

RNAi beruht auf einer Gruppe von protein-Moleküle oder Enzyme, der so genannten RNA-abhängigen RNA-Polymerasen (RdRp), die repliziert Stränge der RNA, die zu finden und Stille Ihren passenden Gene. Viele verschiedene RdRp Enzyme existieren, aber die Forscher davon ausgegangen, Sie waren spezifische Gewebe und alle Zellen, die aus dem gleichen Gewebe die gleichen RdRp Enzym zur Durchführung von RNAi.

Jose und seine Kollegen die ersten genetisch veränderten Fadenwurm Würmer zu fluoreszieren grün. Nächste, Sie genetisch veränderte Würmer zu machen double-stranded RNA in Neuronen, die mit der sequence-matching das gen für die grüne Fluoreszenz. Die double-stranded RNA verschoben, während die Würmer an Körper und schaltete das gen für die grüne Fluoreszenz in vielen Zelltypen, einschließlich der Darm-Zellen.

Die Forscher dann entfernt die RdRp-Enzym als verantwortlich für ein entscheidender Schritt in RNAi gen-silencing in intestinalen Zellen. Nur einige der Zellen fluoreszierten grün, was bedeutet, dass etwas weiter schweigen, das fluoreszierende gen in einigen der anderen intestinalen Zellen. Die RdRp Sie entfernt heißt RRF-1, aber es gibt drei andere RdRp ‚ s in der Art von Wurm Jose und seine Kollegen untersucht (C. elegans).

Der nächste, der Wissenschaftler wandte sich an die anderen drei RdRp Enzyme, die in den Nematoden und eliminiert ein zu einer Zeit zu bestimmen, die sich aus dem grün fluoreszierenden Gens im worms‘ Darm. Der Täter: EGO-1, was wurde gedacht, um Hilfe bei RNAi nur in der Reproduktion-Zusammenhang Keimbahn-Zellen.

Die Wiederholung Ihrer Experimente in mehreren Einzelpersonen hat gezeigt, dass einige Zellen erforderlich, die RdRp genannt RRF-1-silencing, aber andere Taten es nicht, weil Sie verwenden könnte, EGO-1. Zusätzlich, die Darm-Zellen verwendet, EGO-1 erschien zufällig zu sein.

„Wir fanden, dass das Enzym verwendet wird, variiert von Zelle zu Zelle, und die Zellen mit dem Enzym variiert von Wurm zu Wurm,“ Jose sagte. „Man kann nicht sagen, von der Suche nach Ihnen, die Zellen verwenden, die alternative-Molekül, und von der Zelle Perspektive, ist es egal welches Molekül es verwendet.“

Laut Jose, funktionale mosaikbildung könnte erklären, die Persistenz von einigen bakteriellen Zellen und Krebs-Zellen nach der Behandlung. Wenn einige Zellen bestehen, die durch die Verwendung eines anderen Mechanismus als die einer gezielten Therapie, die Zellen die zugrunde liegende Ursache für einige Fälle von Krebs-Rückfall-oder Antibiotika-Resistenz.

„Es darf nicht sein, dass diese Krankheiten sind in der Entwicklung einige neue Mechanismus, um zu überleben,“ Jose sagte. „Es kann sein, dass Sie schon mehr als ein Weg, die gleiche Sache zu tun, und die stellvertretenden Schritt zu ersetzen, was den therapeutischen Behandlungen knock-out.“

Aktuelle Forschung in zelluläre Prozesse oft durchgeführt auf der Ebene der Körpergewebe. Die Wissenschaftler kombinieren Sie mehrere Zellen aus einem bestimmten Gewebe und untersuchen Sie Sie als ein ganzes mit der Annahme, dass zelluläre Prozesse sind die gleichen für alle Zellen. Laut Jose, therapeutische Ansätze sollten nun überlegen, die Möglichkeit der funktionalen mosaikbildung, die erfordert, genau zu untersuchen, was ist Los bei der Einzel-Zell-Ebene vor und nach der Behandlung.

Jose und sein team vermuten, dass die funktionelle mosaikbildung kann auch Einblick in die evolution ähnlicher Merkmale, entwickeln sich durch verschiedene Mechanismen.

„Stell dir vor, beginnend mit zwei gleich gute Möglichkeiten, eine Sache zu tun, und wie Populationen getrennt und beginnen zu speciate, eine mutation könnte dazu führen, dass einer Bevölkerung zu stecken tut das Ding einen Weg, und der andere Bevölkerung stecken bleiben konnte, tut es der alternative Weg,“ Jose sagte. „Sie könnten am Ende mit zwei völlig verschiedene Wege, die gleiche Sache zu tun.“

Zum Beispiel, obwohl die vision, die es überall in der Tierwelt, die Augen entwickeln sich unterschiedlich zwischen den Tiergruppen. Funktionale mosaikbildung, in einem biologischen Prozess verantwortlich für das wahrnehmen von Licht in einer frühen Vorfahren geführt haben könnte, um die Divergenz in den visuellen Systemen, die heute existiert unter den modernen Tieren.

„Jetzt, wo wir wissen über funktionale mosaikbildung, wir können gehen auf der Suche für Sie,“ Jose sagte. „Es existiert nicht in jedem Prozess, um sicher zu sein, aber es ist etwas, das wir haben, bewusst zu sein.“