Celbiologen hebben een nieuwe superresolutiemicroscopietechniek gebruikt om voor het eerst reacties op moleculair niveau te kunnen waarnemen.

In een paper gepubliceerd in wetenschappelijke signalering , een team van de Universiteit van Reading en de Goethe Universiteit Frankfurt gebruikte een nieuwe superresolutie optische microscopietechniek om te zien hoe Toll-Like Receptors (TLR's), die werken als moleculaire elektrische circuits om de stroom van signalen naar een cel te regelen. Het team heeft gekeken naar hoe een proces, dimerisatie genoemd, beslist tussen leven en dood van cellen en regelt de immuunrespons.

Het detailniveau dat met supermicroscopie wordt bereikt, is nog steeds niet voldoende om afzonderlijke receptormoleculen in een klein eiwitdimeer zichtbaar te maken, daarom ontwikkelden de onderzoekers een geavanceerde analysemethode om het optische signaal te verbeteren. Zo konden ze 'inzoomen' op de superresolutiebeelden en onderzoeken of TLR4 als monomeer of als dimeer aanwezig was. De onderzoekers konden ook detecteren of chemische signalen van verschillende pathogenen de patronen van de receptoren moduleerden.

100 keer meer zoom

Dr. Darius Widera, een celbioloog van de Universiteit van Reading zei:

"Met behulp van deze opwindende nieuwe techniek waren we in staat om een ​​bepaalde Toll-like Receptor te observeren, TLR4, voor het eerst dimerisatie op moleculair niveau uitvoeren. Dit proces is alleen indirect waargenomen, en het is heel opwindend om de beelden te zien die de nieuwe microscopische techniek oplevert. Het proces heeft ons in staat gesteld om in te zoomen op TLR's met meer dan 100 keer de kracht van een standaardmicroscoop om ongelooflijk gedetailleerde informatie te geven over hoe het proces begint eruit te zien."

Dr Graeme Cottrell, een biochemicus van de Universiteit van Reading zei:We weten dat deze TLR's het lot van een cel kunnen controleren door een dimeermolecuul te vormen. Door aan en uit te schakelen als een lichtschakelaar, ze sturen signalen die schadelijke bacteriën kunnen bestrijden, virussen en dergelijke wanneer ze op elkaar inwerken. In deze nieuwe studie we hebben waargenomen hoe de aanwezigheid van een chemisch signaal van verschillende pathogenen leidde tot een verschillende respons van TLR4, wat we niet hadden kunnen doen zonder de nieuwe superresolutietechniek."

Behandeling van kankertumorcellen

Alle cellen in het menselijk lichaam communiceren door het verzenden en ontvangen van chemische signalen. De herkenning van deze signalen wordt bereikt door gespecialiseerde eiwitten op het celoppervlak die receptoren worden genoemd. Deze receptoren werken als moleculaire schakelaars die signalen van het oppervlak overbrengen naar biologische reacties die zo divers kunnen zijn als celoverleving of celdood.

Eerdere studies uitgevoerd door het consortium bestaande uit de onderzoeksgroepen onder leiding van Dr. Widera, Dr Cottrell (beide University of Reading, School of Pharmacy) en Prof Heilemann (Goethe-universiteit Frankfurt, Duitsland) hebben ook aangetoond dat activering van de TLR4 door verschillende chemische signalen de proliferatie van hersenkankercellen kan induceren of kan leiden tot gecontroleerde dood van deze tumorcellen.

Professor Mike Heilemann van het Instituut voor Fysische en Theoretische Chemie aan de Goethe Universiteit Frankfurt zei:

"Het is denkbaar dat deze benadering ons in de toekomst zal helpen om de fundamentele biologische processen die het immuunsysteem bij gezondheid en ziekte reguleren beter te begrijpen. deze microscopiemethode is ook toepasbaar op andere membraaneiwitten en veel vergelijkbare vragen."