Исследователи «точно настроили» основной клеточный сигнальный механизм, переписав ДНК внутри дрожжевых клеток, чтобы контролировать их реакцию на окружающую среду.
Исследование, которое было опубликовано сегодня Cell, имеет непосредственное применение в биотехнологии, но также может иметь более широкое значение для исследований в области здравоохранения. Есть надежда, что способность изменять реакцию клеток поможет ученым понять, как функционируют больные клетки, и приведет к тому, что модифицированные клетки будут использоваться для лечения пациентов.
Академики из Кембриджского университета и Имперского колледжа Лондона в сотрудничестве с AstraZeneca использовали математическое моделирование и генную инженерию для редактирования дрожжевых клеток, чтобы помочь ученым контролировать не только то, что чувствуют клетки, но и то, как они реагируют на то, что они чувствуют. более желательный способ.
Дрожжи были выбраны потому, что они имеют общие ключевые характеристики с человеческими клетками - самое главное, что они могут ощущать свое окружение с помощью рецепторов, связанных с G-белком (GPCR).
Доктор Грэм Лэддс, преподаватель кафедры фармакологии и научный сотрудник колледжа Святого Иоанна Кембриджского университета, сказал: «Дрожжи использовались в качестве механизма для понимания того, что происходит в организме человека. модификация для редактирования ячейки и перенастройки того, каким должен быть ее ответ."
GPCR - это рецепторы, которые позволяют клеткам воспринимать химические вещества, такие как гормоны, яды и лекарства, в окружающей их среде. Клетки считывают окружающую среду и определяют уровни гормонов, таких как адреналин, серотонин, гистамин и дофамин. Они также могут действовать как рецепторы света, запаха и вкуса, некоторые из них расположены на языке, чтобы дать нам чувство вкуса.
В нашем организме около 800 различных GPCR, и около половины всех лекарств действуют с использованием этих рецепторов, включая бета-блокаторы, антигистаминные препараты и различные виды психиатрических препаратов. Но недостаточно известно о том, как работает сигнализация GPCR.
Одна из трудностей для исследователей заключается в том, что вариации ДНК могут влиять на сигнальную сеть, и определение того, как части ДНК влияют на это, является серьезной проблемой.
Кембриджская команда создала математическую модель дрожжевой клетки с различной концентрацией различных клеточных компонентов и нашла оптимальные уровни для наиболее эффективной передачи сигналов каждого из них. Затем это знание использовалось для генетической модификации клеток группой исследователей из Имперского колледжа Лондона.
Доктор Уильям Шоу, первый автор статьи и исследователь отдела биоинженерии Имперского колледжа Лондона, объяснил: «Это позволило нам точно понять, как мы можем генетически сконструировать клетку, чтобы она чувствовала желаемое количество чего-то для нас таким образом, что мы можем контролировать.
Руководствуясь результатами вычислений, мы создали сильно модифицированный штамм дрожжей, в котором были удалены все несущественные взаимодействия в сигнальном пути GPCR. Изменяя уровни ключевых компонентов, идентифицированных в модели, мы смогли предсказуемо изменить реакцию клеток на окружающую среду».
Доктор Том Эллис из отдела биоинженерии Имперского колледжа Лондона и старший автор статьи добавил: «Мы узнали важные принципы того, почему клетки по-разному реагируют на одни и те же молекулы в одинаковых концентрациях. последовательность ДНК, которая определяет уровни ключевых компонентов, то это может все изменить."
Д-р Марк Вигглсворт, директор Hit Discovery в AstraZeneca, сказал: «GPCR принципиально важны для функционирования здоровой клеточной системы, и они остаются одним из наиболее целевых белков в медицине человека. из этих белков в будущем приведут к более инновационным лекарствам».