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Flüssigkeitströpfchen beeinflussen, wie Zellen auf Veränderungen reagieren

Schematische Darstellung, die beschreibt, wie die Stimulation von cAMP PKA aktiviert und die Bildung von PKA-Flüssigkeitströpfchen ermöglicht, um die PKA-Aktivität und zusätzliches cAMP zu kompartimentieren. Kredit: Molekulare Zelle (2024). DOI: 10.1016/j.molcel.2024.03.002

Gesunde Zellen reagieren angemessen auf Veränderungen in ihrer Umgebung. Sie tun dies, indem sie wahrnehmen, was draußen passiert, und einen Befehl an das präzise Biomolekül im präzisen Bereich übermitteln, das die erforderliche Reaktion ausführen kann.

Wenn die Botschaft zur richtigen Zeit den richtigen Bereich erreicht, bleibt Ihr Körper gesund. Wenn man zur falschen Zeit am falschen Ort ist, kann man Krankheiten wie Diabetes oder Krebs bekommen.

Die Wege, die Nachrichten innerhalb einer Zelle nehmen, werden Signalwege genannt. Zellen nutzen nur wenige Signalwege, um gleichzeitig auf Hunderte externe Signale zu reagieren; Diese Wege müssen daher streng reguliert werden. Neue Forschungen von Wissenschaftlern der University of California in San Diego haben eine überraschende Art und Weise entdeckt, wie Zellen Signalwege regulieren.

Sie entdeckten, dass, wenn zu viele Nachrichten in einer Zelle herumschwirrten, die Boten Flüssigkeitströpfchen bildeten und sich dort festsetzten, wo sie keinen Schaden anrichten konnten. Die Arbeit wurde kürzlich in veröffentlicht Molekulare Zelle.

„Flüssigkeitströpfchen organisieren zelluläre biochemische Aktivitäten gemäß räumlich-zeitlicher Regulierung“, sagt Jin Zhang, Ph.D., Professor für Pharmakologie an der UC San Diego School of Medicine und leitender Autor der Studie.

Wissenschaftler haben an einem der wichtigsten zellulären Kommunikationswege gearbeitet. Dies wird aufgrund seiner beiden Hauptakteure als cAMP/PKA-Signalweg bezeichnet: cAMP (zyklisches Adenosinmonophosphat) und PKA (cAMP-abhängige Proteinkinase). Wenn cAMP ein Signal von der Zelloberfläche empfängt, aktiviert es PKA. PKA leitet die Nachricht an den entsprechenden Bereich weiter, sei es, dass sie ein bestimmtes Gen anweist, mehr Protein zu produzieren, oder ein Enzym stimuliert, um einen gesunden Blutzuckerspiegel aufrechtzuerhalten.

Flüssigkeitströpfchen beeinflussen, wie Zellen auf Veränderungen reagieren

Zunehmendes cAMP löst bei PKA die Bildung von Flüssigkeitströpfchen aus, um den cAMP-Spiegel in menschlichen Zellen zu puffern. Der Maßstabsbalken beträgt 10 µm. Bildnachweis: UC San Diego Health Sciences

Allerdings ist es nicht so einfach. PKA übermittelt Nachrichten an Hunderte verschiedene Domänen. Laut Zhang „muss PKA irgendwann auf der Plasmamembran aktiv sein.“ Doch im nächsten Moment muss es sich von der Plasmamembran lösen und auf der Mitochondrienmembran aktiv werden. Zehn Minuten später sollte sie wirklich hier sein. den Zellkern, um die Transkription zu aktivieren.

Erschwerend kommt hinzu, dass Zellen manchmal zu viel cAMP und PKA aktivieren. Wenn dies geschieht, wird die Zellsignalisierung überaktiv und blind. Zhang erklärt: „Verschiedene Mikrodomänen steuern unterschiedliche Dinge. Nehmen wir an, Sie möchten, dass der cAMP-Spiegel im Bereich der Kalziumkanäle hoch, aber bei 10 Nanometern niedrig ist. Wie erreicht die Zelle das? Durch die Kontrolle von cAMP.

Aber sie fährt fort: „PKA ist dasselbe. Im Allgemeinen wird es durch Ankerproteine ​​in bestimmte Domänen rekrutiert. Wenn die PKA-Aktivität jedoch zu hoch ist, aktiviert es Domänen, die es nicht aktivieren soll. Es ist ein Verlust von.“ Spezifität.“

Deshalb bilden laut der neuen Forschung Zellen Flüssigkeitströpfchen, um sicherzustellen, dass die richtige Botschaft zur richtigen Zeit am richtigen Ort ankommt. Als die Wissenschaftler die Zusammensetzung der Flüssigkeitströpfchen sowie den Zeitpunkt ihrer Bildung analysierten, stellten sie fest, dass die Zellen die Tröpfchen mithilfe einer PKA-Untereinheit bildeten, wenn zu viel cAMP und PKA aktiviert wurden. Auf diese Weise sequestrierten die Tröpfchen überschüssiges cAMP und PKA und schwächten unspezifische Signale ab.

In früheren Arbeiten fanden die Autoren heraus, dass eine seltene Art von Leberkrebs namens fibrolamellares Karzinom (FLC) die Bildung dieser Flüssigkeitströpfchen blockiert, was zu einer unkontrollierten Zellsignalisierung führt. „Wir glauben, dass das Verschwinden von Flüssigkeitströpfchen einer der Hauptgründe für diese überaktive Signalübertragung ist, die zur Tumorentstehung führt“, sagte Zhang.

FLC ist eine seltene, aber verheerende Krankheit. Betroffen sind meist Menschen unter 40 Jahren mit gesunder Leber. Die Autoren dieser Arbeit wollen herausfinden, ob andere Krebsarten ebenfalls zum Verlust von Flüssigkeitströpfchen führen und welche molekularen Mechanismen diesen Verlust verursachen. Ihr ultimatives Ziel ist es, eine molekulare Therapie zur Behandlung von FLC zu entwickeln – „alles, was“, sagt Zhang, uns dabei hilft, die ungedeckten Bedürfnisse von FLC-Patienten zu erfüllen.

Die Autoren dieser Studie sind Julia C. Hardy, Emily H. Pool, Jessica GH Bruystens, Xin Zhou, Qingrong Li, Daojia R. Zhou, Max Palay, Gerald Tan, Lisa Chen, Jaclyn LC Choi, Ha Neul Lee Dong Wang, Susan S. Taylor, Sohum Mehta, Jin Zhang von der University of California, San Diego, und Stefan Strack von der University of Iowa.

Mehr Informationen:
Julia C. Hardy et al., Molekulare Determinanten und Signaleffekte der PKA-RIα-Phasentrennung, Molekulare Zelle (2024). DOI: 10.1016/j.molcel.2024.03.002

Bereitgestellt von der University of California – San Diego

Zitat: Flüssigkeitströpfchen beeinflussen, wie Zellen auf Veränderungen reagieren, Studienergebnisse (22. April 2024), abgerufen am 22. April 2024 von https://phys.org/news/2024-04-liquid-droplets-cells.html

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By rb8jg

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