Een nieuwe studie van Northwestern Medicine biedt de eerste verklaring voor hoe cellen hun structuur snel herstellen en behouden, een bevinding met implicaties voor de behandeling van ziekten zoals kanker.

Met behulp van beeldvormingstechnieken met superresolutie observeerden onderzoekers hoe de moleculaire reparatieploegen van cellen – bekend als nucleaire poriecomplexen – zich snel reorganiseren wanneer een deel van het celmembraan scheurt. Nucleaire poriecomplexen bepalen wat de kern van een cel, het controlecentrum van de cel, binnenkomt en verlaat.

"Wetenschappers weten al lang dat cellen een manier hebben om schade zeer snel te herstellen, maar niemand wist hoe", zegt senior auteur Erin Trantham-Davidson, PhD, assistent-professor moleculaire biowetenschappen aan het Weinberg College of Arts and Sciences. "Het blijkt dat cellen een opmerkelijke en onverwachte manier hebben om hun basisstructuur zeer snel te herstellen en te behouden."

De studie werd gepubliceerd in het tijdschrift Current Biology.

Bij experimenten met menselijke cellen in het laboratorium maakten onderzoekers gerichte scheuren in het kernmembraan en observeerden hoe de cellen reageerden. Normaal gesproken wemelt de binnenkant van een cel van rondzwevende moleculen, maar nadat er een scheur in het celmembraan is gemaakt, vormen nucleaire poriecomplexen een strakke afdichting rond de randen van de scheur om eventuele moleculaire lekkage te stoppen.

"Als dit niet snel zou gebeuren, zou het catastrofaal zijn voor de cel en mogelijk tot de dood leiden", zei Trantham-Davidson.

Binnen 30 seconden na de scheur omlijnden nucleaire poriecomplexen de rand van de breuk volledig. Binnen twee minuten waren de poriën georganiseerd en konden ze controleren wat er in en uit de kern ging, waardoor de cel weer normaal kon functioneren.

Met behulp van live-cell imaging en computersimulaties bepaalden de onderzoekers ook het fysieke mechanisme achter de snelle reparatie. Ze merkten op dat, na membraanschade, de binnenste en buitenste kernmembranen samensmelten, waardoor een schavot ontstaat waarop kernporiëncomplexen zich snel kunnen verzamelen. Dit proces omvat de hermodellering van kernporiëncomplexen, waarbij de complexen uiteenvallen, zich langs het membraan verplaatsen en weer in elkaar zetten op de plaats van schade. Dit mechanisme biedt belangrijke inzichten in het dynamische gedrag en het aanpassingsvermogen van nucleaire poriecomplexen.

"Nucleaire poriëncomplexen zijn ongelooflijk groot, dus wetenschappers gingen er traditioneel van uit dat ze traag en onbeweeglijk waren", aldus Trantham-Davidson. "Onze studie laat zien dat ze opmerkelijk dynamisch zijn, en dit geldt waarschijnlijk voor andere grote biologische complexen."

De bevindingen kunnen implicaties hebben voor de behandeling van kanker. Kankercellen verliezen vaak het vermogen om schade aan hun kernmembraan te herstellen, waardoor ze gevoeliger kunnen worden voor therapieën die zich op dit reparatiemechanisme richten.

"Door meer te begrijpen over hoe cellen basisstructuren herstellen wanneer ze beschadigd zijn, kunnen we mogelijk nieuwe therapieën ontwerpen om het immuunsysteem te helpen kankercellen beter te herkennen en te doden", aldus Trantham-Davidson.