Исследователи «отрегулировали» основной механизм передачи сигналов клетки, переписав ДНК внутри клеток дрожжей, чтобы контролировать их реакцию на окружающую среду.

Исследование, которое было опубликовано сегодня компанией Cell , имеет непосредственное применение в биотехнологии, но также может иметь более широкие последствия для исследований в области здравоохранения. Есть надежда, что способность изменить реакцию клеток поможет ученым понять, как функционируют больные клетки, и приведет к использованию модифицированных клеток для лечения пациентов.

Ученые из Кембриджского университета и Лондонского имперского колледжа в сотрудничестве с AstraZeneca использовали математическое моделирование и геномную инженерию для редактирования клеток дрожжей, чтобы помочь ученым контролировать не только то, что клетки чувствуют, но и то, как они реагируют на то, что они чувствуют, более желательным образом.

Дрожжи были выбраны потому, что они имеют общие характеристики с клетками человека, и что наиболее важно, они могут ощущать окружающую среду, используя рецепторы, связанные с G-белками (GPCR).

Д-р Грэм Лэддс, преподаватель кафедры фармакологии и научный сотрудник колледжа Святого Иоанна в Кембриджском университете, сказал: «Дрожжи использовались в качестве механизма для понимания того, что происходит с людьми. Мы использовали математическое моделирование и генетическую модификацию для редактирования сотовый и перенастроить, что его ответ должен быть. »

GPCR — это рецепторы, которые позволяют клеткам ощущать химические вещества, такие как гормоны, яды и лекарства в окружающей среде. Клетки считывают окружающую среду и чувствуют уровень гормонов, таких как адреналин, серотонин, гистамин и дофамин. Они также могут действовать как рецепторы света, запаха и вкуса, некоторые из которых расположены на языке, чтобы дать нам ощущение вкуса.

В нашем организме содержится около 800 различных GPCR, и примерно половина всех лекарственных препаратов использует эти рецепторы, 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 оказывать влияние на сигнальную сеть, и определение того, как части ДНК влияют на это, является серьезной проблемой.

Кембриджская команда создала математическую модель дрожжевой клетки с различными концентрациями различных клеточных компонентов и нашла оптимальные уровни для наиболее эффективной передачи сигналов каждого из них. Эти знания были затем использованы для генетической модификации клеток командой исследователей из Имперского колледжа в Лондоне.

Доктор Уильям Шоу, первый автор статьи и исследователь отдела биоинженерии в Имперском колледже Лондона, пояснил: «Это позволило нам точно понять, как мы можем генетически сконструировать клетку, чтобы таким образом ощущать для нас желаемое количество чего-либо» что у нас есть контроль.

«Опираясь на результаты расчетов, мы создали высоко модифицированный штамм дрожжей со всеми несущественными взаимодействиями в пути передачи сигналов GPCR. Изменяя уровни ключевых компонентов, определенных в модели, мы смогли предсказуемо изменить способ клеток ответил на их среду».

Доктор Том Эллис из Отдела биоинженерии в Имперском колледже Лондона и старший автор статьи добавил: «Мы узнали важные принципы о том, почему клетки будут по-разному реагировать на одни и те же молекулы одинаковых концентраций. определяет ключевые уровни компонентов, тогда это может изменить все ».

Доктор Марк Вигглсворт, директор Hit Discovery в AstraZeneca, сказал: «GPCR фундаментально важны для функционирования систем здоровых клеток, и они остаются одним из наиболее целевых белков в медицине человека. Есть надежда, что расширение нашего понимания этих белков будет привести к более инновационным лекарствам в будущем. «