Een team van Caltech-wetenschappers heeft een moleculaire code ontdekt die cellen gebruiken om met elkaar te communiceren. Men denkt dat deze "taal" gebruikelijk is voor veel soorten cellulaire communicatie en heeft implicaties voor het ontwerpen van toekomstige therapieën, volgens wetenschappers in het laboratorium van Michael Elowitz, hoogleraar biologie en bio-engineering aan Caltech en een onderzoeker bij het Howard Hughes Medical Institute.

Het werk wordt beschreven in een paper in het 7 september nummer van Cel .

Net zoals mensen letters en woorden gebruiken om berichten te creëren, cellen geven moleculen, liganden genaamd, af in de omgeving om berichten naar hun buren te sturen, zoals een instructie om te differentiëren of te vermenigvuldigen. De liganden binden aan receptoren op het oppervlak van andere cellen, die de boodschap interpreteren en een reeks chemische reacties veroorzaken om deze door te geven aan de juiste moleculen in het binnenste van de cel.

De auteurs bestudeerden een belangrijk communicatiekanaal, genaamd de botmorfogenetisch eiwit (BMP) route, die in bijna alle weefsels werkt en een doelwit is voor kankertherapieën. Dit systeem gebruikt veel verschillende liganden en receptoren in verschillende combinaties. Vreemd, de liganden en receptoren in deze route vermengen zich op veel verschillende manieren met elkaar, schijnbaar zonder reden.

"Je zou kunnen denken dat elk type ligand met slechts één type receptor zou paren, maar dit is niet het geval, "zegt Elowitz. "In plaats daarvan, alle liganden interageren promiscue met alle receptoren. Het lijkt een grote puinhoop, en heel anders dan de manier waarop mensen communicatiesystemen ontwerpen om elk communicatiekanaal gescheiden te houden. Dus we vroegen ons af waarom cellen op deze manier communiceren."

Om erachter te komen welk voordeel moleculaire promiscuïteit biedt, het team creëerde verschillende mengsels van BMP-liganden in het laboratorium en voegde ze toe aan bepaalde cellen:borstcellen, embryonale stamcellen, en bindweefselcellen genaamd fibroblasten, allemaal van muizen. Ze vonden, verrassend genoeg, dat de cel informatie van ligandcombinaties decodeert, niet de individuele liganden zelf.

"Op een dag, Ik kwam naar het lab en mengde twee liganden die, ieder op zich, cellen zeer sterk activeren, " zegt Yaron Antebi, een postdoctoraal onderzoeker van Caltech in biologie en biologische engineering. "Maar toen ik de volgende dag de cellen controleerde, er kwam helemaal geen reactie. Dit bracht ons ertoe te theoretiseren dat cellen niet luisteren naar individuele liganden, maar eerder op combinaties van liganden. Het zijn de combinaties die betekenis hebben. Verschillende combinaties van liganden coderen voor verschillende instructies voor de cel."

De groep merkte ook op dat verschillende soorten cellen verschillende informatie uit dezelfde ligandcombinaties kunnen halen door verschillende berekeningen uit te voeren - één cel kan de concentraties van twee liganden optellen om een ​​bericht te ontvangen, terwijl een ander de verhouding van de twee liganden kan meten om een ​​ander bericht te decoderen. "We waren verbaasd toen we ontdekten dat er niet slechts één soort informatie in deze liganden is gecodeerd, " zegt James Linton, een onderzoekswetenschapper in het Elowitz-lab. "Verschillende cellen kunnen verschillende berichten extraheren, zoals instructies om te vermenigvuldigen of te differentiëren, van dezelfde moleculen."

De groep ontdekte dat dit vermogen om meerdere berichten te coderen met dezelfde moleculen ontstaat omdat verschillende celtypen verschillende combinaties van receptoren op hun oppervlak tot expressie brengen.

Een kenmerk van dit communicatiesysteem is de mogelijkheid voor cellen om berichten aan specifieke celtypen te adresseren. "Het is alsof je in een overvolle kamer bent waar iedereen praat, en iemand wil je aandacht, dus schreeuwen ze je naam, " zegt Elowitz. "Iedereen kan het automatisch negeren, maar let op; jij bent het doelwit van die boodschap."

"Deze selectiviteit in communicatie is uiterst nuttig, ", voegt Antebi toe. "Je kunt je voorstellen dat, als je een gebroken bot had, je zou alleen willen dat botcellen in het beschadigde gebied zich vermenigvuldigen en het beschadigde gebied opnieuw opbouwen, niet alle cellen om hen heen."

De bevindingen bieden een basis om te begrijpen hoe informatie over moleculen wordt verdeeld. Hoewel het onderzoek zich nog in een vroeg stadium bevindt, een beter begrip van cellulaire communicatie zou kunnen leiden tot ontwerpen voor biologische geneesmiddelen die zich kunnen richten op tumoren of bepaalde celtypen zonder andere cellen aan te tasten.

Het artikel is getiteld "Combinatorische signaalperceptie in de BMP-route".