Cellen nemen voortdurend beslissingen die leiden tot differentiatie. Cellen in een embryo nemen bijvoorbeeld een reeks beslissingen die bepalen of ze in sommige gevallen neuronen worden en in andere gevallen spiercellen. Hoe nemen cellen deze beslissingen?

Onderzoekers van de Texas A&M University en North Carolina State University onderzoeken hoe cellen besluitvormingsprocessen vergemakkelijken. Door dit werk hopen ze de concentraties van specifieke vitale signaaleiwitten in celweefsels nauwkeurig te kunnen meten. Daarnaast zullen ze de metingen gebruiken om wiskundige modellen te ontwikkelen die cellulaire differentiatie kunnen voorspellen en controleren.

Deze studie is onlangs gepubliceerd in ACS Omega .

"We willen differentiatiebeslissingen begrijpen, zodat we ze uiteindelijk kunnen benutten", zegt Dr. Gregory Reeves, universitair hoofddocent bij de Artie McFerrin-afdeling Chemische Technologie bij Texas A&M. "We zijn technische hulpmiddelen om celdifferentiatie te begrijpen en de processen te beschrijven door middel van vergelijkingen. Om deze taken te volbrengen, moeten we de concentraties van de eiwitten in levende weefsels begrijpen."

Het bepalen van de concentraties van belangrijke signaaleiwitten kan echter buitengewoon moeilijk zijn. Om dit probleem te bestrijden, werkte Reeves samen met onderzoekers van de North Carolina State University die een experimenteel en analytisch raamwerk gebruikten om mix-and-read-assays te ontwikkelen. Mix-and-read-assays betekenen dat kritische reagentia in combinatie met een gelyseerde cel worden geplaatst, waardoor luminescentiedetectie mogelijk is als het doeleiwit aanwezig is.

De onderzoekers gebruikten vervolgens een eiwittechniek om twee eiwitten te maken die sterk binden aan een doeleiwit, in dit geval lysozyme. Deze twee eiwitbinders zijn gefuseerd met twee helften van luciferase, een enzym dat bioluminescentie creëert, zoals je zou zien bij een vuurvlieg.

"Wanneer het doeleiwit wordt gebonden door de twee gemanipuleerde eiwitbinders, brengt het de twee helften van luciferase samen om bioluminescentie te creëren, die we kunnen gebruiken om metingen te doen," zei Reeves.

Onderzoekers van het laboratorium van Reeves analyseerden een wiskundig model van deze methode om te voorspellen hoeveel bioluminescentie het gevolg is van de bindingsgebeurtenissen, waardoor ze de gevoeligheid van de test konden bepalen. Dit zal op zijn beurt onderzoekers helpen een dieper inzicht te krijgen in hoe en waarom cellen differentiatiebeslissingen nemen.

De bredere effecten van deze studie omvatten het gebruik van deze techniek om de aanwezigheid van doeleiwitten, zoals antilichamen of opgereguleerde kankermarkers, in een cellulair lysaat te detecteren.

"Andere toepassingen die we in mijn laboratorium zullen gebruiken, zijn onder meer dat we sommige eiwitten die voorheen niet in levende weefsels konden worden gemeten, netjes kunnen meten", zei Reeves.

De onderzoekers hopen deze methoden ook verder toe te passen op andere klassen moleculen die moeilijk te detecteren zijn in levende weefsels, zoals mRNA.

Dit werk is in samenwerking met de hoofdauteur Nikki McArthur, samen met Dr. Balaji Rao, Dr. Carlos Cruz-Teran en Apoorva Thatavarty van de afdeling Chemische en Biomoleculaire Engineering aan de North Carolina State University. + Verder verkennen

Eiwit gecontroleerd door zowel licht als temperatuur kan celsignaalroutes informeren