Tek moleküllü floresan izleme, erken apoptotik hücrelerde taşıma hızlandırma olgusunu ve mekanizmasını ortaya çıkarır
Apoptoz, embriyonik gelişim, doku oluşumu, vücuttaki hücre dengesi ve hatta karsinojenez ve tedavide önemli rol oynayan programlanmış bir hücre ölümü türüdür. Apoptoz, yalnızca çok sayıda sinyal molekülünün düzenlenmesini değil, aynı zamanda hücre küçülmesi, nükleer yoğunlaşma, kabarcıklanma ve apoptotik cisimlerin oluşumu gibi çok sayıda hücre yapısı değişikliğini de gerektirir. Sinyal moleküllerinin hücrenin farklı yerlerine iletilmesinden veya organel yapısının dönüşümü ve yeniden düzenlenmesinden bağımsız olarak, hücre içi taşınmanın katılımını gerektirir.
Geçtiğimiz 40 yıl içinde, insanlar apoptozun moleküler sinyal yolakları ve diğer biyolojik özellikler üzerinde derinlemesine araştırma yapmış olsalar da, apoptotik hücre içi taşıma dinamiklerinin fiziksel özelliklerinin anlaşılmasında eksiklikler olmuştur. Kısa süre önce, Çin Bilimler Akademisi / Yoğun Madde Fiziği Ulusal Araştırma Merkezi Yumuşak Madde Temel Laboratuvarı Wang Pengye araştırma grubunda doktora öğrencisi olan Li Bo, araştırmacı Wang Pengye ve yardımcı araştırmacı Li Hui'nin rehberliğinde, tek moleküllü floresan izleme teknolojisini incelemek ve ölçmek için kullandı. Hücre içi taşıma kinetiği (Şekil 1), erken apoptotik hücrelerde (anti-kanser ilacı cisplatin, vb. Yoluyla apoptoza yol açar), motor proteinlerin dahil olduğu yönlü taşıma kinetiğinin önemli ölçüde geliştirildiğini buldu (Şekil 2). Bir dizi ilgili faktör incelendiğinde, nihayet taşıma kinetiğindeki artışın esas olarak apoptotik hücrelerdeki ATP konsantrasyonundaki artıştan kaynaklandığı bulundu (Şekil 3). Hücre apoptozu için taşıma hızlanmasının önemini daha fazla incelemek için araştırmacılar, ozmotik basıncı ayarlayarak hücre içi taşıma kinetiğini normal bir seviyeye düşürdüler ve hücre apoptozu sürecinin geciktiğini ve ölü hücrelerin oranının önemli ölçüde azaldığını buldular (Şekil 4). Bu, apoptoz süreci için nakil hızlanmasının gerekli olduğunu kanıtlar.
Bu çalışma, apoptotik hücrelerde nakil hızlanmasını ilk kez gözlemleyerek, hücre içi dinamiklerin apoptotik biyolojik fonksiyonlar için önemini fiziksel bir perspektiften açıkladı. Dahası, bu çalışma, gelecekte yeni tümör tedavi stratejileri geliştirmek için kullanılabilecek hücre içi taşıma dinamikleri yoluyla apoptoz sürecini düzenlemek için bir yöntem keşfetti. Ek olarak, hücre içi kinetikteki artış, hücrelerin erken apoptoza girmesini test etmek için fiziksel bir işaret olarak kullanılabilir, hücrelerin erken apoptozunu tespit etmek için bir yöntem sağlar veya yeni antikanser ilaçlarının kanser hücreleri üzerindeki etkilerini gözlemlemek için kullanılabilir.
Bu araştırma sonucu, yakın tarihli "Proceedings of the National Academy of Sciences" (PNAS) dergisinde yayınlandı. Bu çalışma, Çin Ulusal Bilim Vakfı, Bilim ve Teknoloji Bakanlığı ve Çin Bilimler Akademisi tarafından finanse edildi.
Şekil 1. Tek moleküllü floresan izleme ve hücrelerdeki hareket yörüngesinin dinamik analizi.
Şekil 2. TMRE floresan boyama yöntemi erken apoptotik hücreleri (A-B) tanımlar ve erken apoptotik hücreler içindeki yön hareketinin önemli ölçüde arttığını (C-E) bulmuştur.
Şekil 3. Erken apoptotik hücrelerde ATP konsantrasyonu artar (A) ve Kaspaz sinyal yolunun (B) yukarısında meydana gelir.
Şekil 4. Ozmotik basınç ayarlanarak, apoptotik hücrelerdeki taşıma kinetiği normal bir düzeye (AC) düşürüldü ve hücre apoptozu sürecinin yavaşladığı bulundu. 12 ve 24 saatlik cisplatin ilaç etkisinden sonra ölü hücrelerin oranı önemli ölçüde azaldı (DE ).
