In een tweetal publicaties, onderzoekers hebben aangetoond hoe cellen zich aanpassen aan stressoren, zoals waterverlies, door hun interne signaleringsnetwerken te herprogrammeren. De studies beschrijven voorheen onbekende mechanismen die cellen gebruiken om signalen tussen cellulaire machines te verzenden en celdood te voorkomen. Volgens de auteurs is medicijnen die de aanpassingsmechanismen versterken, kunnen cellen helpen meerdere ziekten te voorkomen, waaronder diabetes type 2. De onderzoeken zijn gepubliceerd in Mobiele rapporten en Moleculaire cel .

"We ontdekten dat cellen niet-essentiële functies uitschakelen wanneer ze worden geconfronteerd met bedreigingen voor hun voortbestaan. cellen activeren nieuwe mechanismen om essentiële functies te ondersteunen, " zei Maria Hatzoglou, doctoraat, senior auteur van beide artikelen, hoogleraar genetica en voeding aan de Case Western Reserve University School of Medicine, en lid van het Case Comprehensive Cancer Center.

De onderzoeken richten zich op twee soorten cellulaire stress:celkrimp door waterverlies, en disfunctie van het endoplasmatisch reticulum, het cellulaire organel dat eiwitten maakt en naar specifieke bestemmingen leidt. Beide hebben verschillende oorzaken - alles van de genetica van een persoon tot de omgeving van een cel - en cellen moeten zich aanpassen aan de stressoren, of vergaan. In de nieuwe onderzoeken onderzoekers beschrijven een reeks cellulaire oplossingen. "Cellen beschermen zichzelf door energieverbruikende processen te vertragen, zoals eiwitsynthese. Dit bereidt cellen voor om de cellulaire machinerie te herprogrammeren om alleen de essentiële eiwitten te maken die nodig zijn om te overleven, ' zei Hatzoglou.

In de Moleculaire cel studie, Hatzoglou en collega's beschrijven hoe gestreste cellen zich richten op kritische eiwitproductie om de functie van het endoplasmatisch reticulum te ondersteunen, door signalen langs onverwachte moleculaire routes te verzenden. In de Mobiele rapporten studie, onderzoekers zetten hoornvliescellen in zout water om ze uit te drogen. De cellen reageerden door routes te activeren die aminozuren helpen transporteren. Door het zo te doen, de cellen waren in staat om waterverlies te voorkomen. De bevindingen suggereren dat medicijnen die zich richten op de transportroutes kunnen helpen bij de behandeling van het droge-ogen-syndroom. Dergelijke medicijnen kunnen ook helpen bij de behandeling van neurodegeneratieve ziekten veroorzaakt door defecten in eiwitevenwichten.

zei Hatzoglou, "Onze beide artikelen dragen bij aan ons begrip van de manieren waarop cellen proberen ervoor te zorgen dat eiwitten op de juiste manier worden gevouwen en door de cellen worden genavigeerd, zodat ze hun eindbestemming kunnen bereiken en hun normale functies kunnen uitoefenen. Dit proces staat bekend als de 'geïntegreerde stressreactie'." In Moleculaire cel , onderzoekers schetsen hoe cellen de geïntegreerde stressrespons kunnen "herprogrammeren". Zoals het tijdschrift uitlegt, de auteurs "ontrafelen het mechanisme van aanpassing aan chronische stress dat voorheen niet gewaardeerde hermodellering omvat." De studie schetst een cascade van nieuwe cellulaire signalen die cellen gebruiken om zich aan te passen aan stressvolle omstandigheden. interessant, het nieuwe stressverdedigingsmechanisme omvat hermodellering van de cellulaire machinerie die mRNA-genetisch materiaal vertaalt in een selecte groep eiwitten. Deze selectieve eiwitsynthese beschermt gestresste cellen tegen levensbedreigende endoplasmatisch reticulumdisfunctie.

In Moleculaire cel , Hatzoglou en collega's laten ook zien dat endoplasmatisch reticulumdisfunctie wordt gekenmerkt door een nieuw celdoodmechanisme waarbij cytoplasmatische vacuolisatie betrokken is - de vorming van grote, giftige zakken in cellen die doen denken aan schuimende cellen, waargenomen in veel menselijke pathologieën. Dit fenotype is een pathologisch kenmerk in de hersenen van de neurodegeneratieve ziekten die kinderataxie worden genoemd, en introduceert de interessante mogelijkheid dat hun oorzaak het gevolg is van endoplasmatisch reticulumdisfunctie in zenuwcellen.

De bevindingen kunnen ook leiden tot nieuwe diabetesbehandelingen. "Patiënten die diabetes type 2 ontwikkelen, worden ziek omdat ze te veel insuline aanmaken. Dit zorgt ervoor dat het endoplasmatisch reticulum overbelast raakt en niet in staat is om de plotselinge eiwitoverbelasting aan te kunnen, leidt tot disfunctie. Deze disfunctie doodt later insulineproducerende cellen in de pancreas, " zei Hatzoglou. "We geloven dat we door de adaptieve respons op verhoogde insuline te verbeteren, endoplasmatisch reticulumdisfunctie en het begin van ziekte kunnen vertragen." Hatzoglou ontving financiering van het National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases om te onderzoeken hoe het activeren van cellulaire stressreacties zou kunnen helpen de progressie van diabetes te vertragen.

Samen met collega's, Hatzoglou plant toekomstige experimenten om de moleculaire mechanismen te begrijpen die cellen verdedigen tijdens verschillende stressomstandigheden. De bevindingen kunnen leiden tot nieuwe therapieën om celdood in meerdere ziektetoestanden te voorkomen, van het droge-ogen-syndroom tot diabetes.