Gesundheit

Neue bildgebende Technik, die zeigt, ‚burst“ – Aktivität vor der Zelle Tod: Roman dual-PWS-Plattform zeigt verbindungen zwischen makromolekularer Struktur und dynamische Bewegung in das chromatin in eukaryotischen Zellen

Die Untersuchung der Bewegung von kleinen Zellen ist keine kleine Aufgabe. Für chromatin, die Gruppe der DNA -, RNA -, und protein-Makromoleküle verpackt in unserem Genom, die Bewegung ist ein integraler Teil seiner aktiven Rolle als regulator, wie unsere Gene ausgedrückt oder unterdrückt werden.

„Das Verständnis der makromolekularen Bewegung ist entscheidend, aber die Wissenschaftler wissen sehr wenig über es,“ sagte Vadim Backman, Walter Dill Scott Professor of Biomedical Engineering an der Northwestern University. „Ein Teil der Grund ist, weil wir keine instrumentalen Techniken zu beobachten dieser Prozesse.“

Jetzt ein Forscherteam an der McCormick School of Engineering der Leitung von Backman hat eine neue optische Methode zur Untersuchung der Bewegung von Zellen ohne die Verwendung von Etiketten oder Farbstoffe, Sie zu verfolgen. Die innovative Methode hat auch gezeigt, ein unentdecktes Phänomen, das möglicherweise eine Rolle spielen, die in den frühesten Stadien des Zelltods.

Das team der Erkenntnisse wurden veröffentlicht im April 10 in der Fachzeitschrift „Nature Communications“. Das Papier mit dem Titel „Multimodale Störungen-based imaging von nanoskaligen Struktur und makromolekularen motion deckt UV-induzierten zellulären Anfall.“

Während Wissenschaftler können derzeit verfolgen die Bewegung der Zellen durch molekulare Farbstoffe oder labels, die Praxis kommt mit Einschränkungen. Die Farbstoffe sind giftig und verändern das Verhalten von Zellen, bevor, schließlich, Sie zu töten. Etiketten zu den Zellen giftig sein können oder die Folge in photobleaching, und kann warnen, die Bewegung der sehr Moleküle, die Sie beschriften.

Die neue Technik, genannt dual-PWS, label-frei und können Bild und Messen makromolekulare Bewegung ohne Verwendung von Farbstoffen. Ausgehend von quantitativer imaging-Technik, die zuvor erstellt durch Backman genannte “ Partial Wave Spektroskopie (PWS), die Plattform nutzt die Interferenz und das Muster ändert sich von backscattered light überwachen sowohl die makromolekulare Struktur von Zellen, die zusammen mit Ihrer dynamischen Bewegung.

„Kritische Prozesse wie die Transkription von einem gen oder die Reparatur beschädigter Proteine erfordert die Bewegung vieler Moleküle gleichzeitig in einem hoch gepackt, komplexe Umgebung,“ sagte Scott Gladstein, Doktorand in der Backman ‚ s lab und die Studie der erste Autor. „Als imaging-Plattform mit der Funktion zum Messen der intrazellulären Struktur und makromolekulare Dynamik in lebenden Zellen mit einer Sensitivität um Strukturen, die kleiner als 20?nm mit Millisekunden-zeitliche Auflösung, der dual-PWS ist einzigartig geeignet, um es uns ermöglichen, diese Prozesse.“

Die Forscher angewendet dual-PWS durch das Studium der nanoskaligen strukturelle und dynamische Veränderungen des chromatins in eukaryotischen Zellen in vitro. Mit UV-Licht zu induzieren Zelltod, das team gemessen, wie die Bewegung der Zellen das chromatin verändert wurde.

„Es macht Sinn, dass, als Zellen sind zu sterben, Ihre Dynamik zu verringern,“ sagte Backman. „Die freiwillige Bewegung, die es in lebenden Zellen zu helfen, auszudrücken und die Gene ändern Ihren Ausdruck in der Reaktion auf Reize verschwinden. Wir erwarten, dass.“

Was die Forscher nicht erwartet hatte war zu sehen, wie ein biologisches Phänomen zum ersten mal. Eine Zelle reicht ein „point of no return“ während der Zerfall, wo, selbst wenn die Quelle der zellulären Schaden beendet wird, würde die Zelle nicht in der Lage, sich selbst zu reparieren, um einen funktionierenden Staat, sagte Backman. Mit dual-PWS, beobachteten die Forscher, dass kurz vor diesem Wendepunkt, die Zellen‘ Genome burst mit schnellen, blitzschnelle Bewegung, die mit verschiedenen teilen der Zelle bewegen sich scheinbar zufällig.

„Jede Zelle, die wir getestet haben, war dazu bestimmt zu sterben, erlebt, paroxysmale Ruck. Keiner von Ihnen konnte die Rückkehr zu einem lebensfähigen Staat, nachdem es stattgefunden hat“, sagte Backman, wer führt Nordwestlichen neue Zentrum für Physikalische Genomik und Engineering.

Das team ist unklar, warum oder wie das Phänomen, auch als Zell-Anfall Auftritt. Backman ursprünglich fragte sich, ob die Bewegung könnte durch Ionen in die Zelle, aber so ein Prozess hätte zu lange gedauert. Die unkoordinierten Bewegungen der zellulären Strukturen traten über Millisekunden.

„Es gibt einfach nichts in der Biologie, der bewegt sich, schnell zu sein“, sagte Backman. Er fügte hinzu, dass die Mitglieder von seinem Labor waren so überrascht von den Ergebnissen, die Sie scherzte, dass das Phänomen erklärt werden könnte als „Midichlorians“ die Zelle verlässt, ein Verweis auf die Chemische Verkörperung von „die macht“ in den Star-Wars-Filme.

Während die zelluläre Krämpfen, bleibt ein Rätsel für jetzt, Backman glaubt, dass das team die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung der Untersuchung der makromolekularen Verhalten von lebenden Zellen. Je mehr Erkenntnisse die Forscher gewinnen können, über chromatin, die Wahrscheinlichkeit, dass Sie eines Tages in der Lage sein zu regulieren gen-expression, was könnte sich ändern, wie die Menschen behandelt werden, um Krankheiten wie Krebs und Alzheimer.

„Jeden einzelnen biologischen Prozess, den Sie sich vorstellen kann geht eine Art von makromolekularen Neuordnung,“ sagte Backman. „Wie erweitern wir unsere Forschung, ich kann mir nicht helfen, aber Frage mich, ‚Was finden wir als Nächstes?'“

Northwestern Engineering Guillermo-Ameer, Daniel Hale Williams, Professor für Biomedizinische Technik, und Igal Szleifer, Christina Enroth-Cugell Professor für Biomedizinische Technik, auch dazu beigetragen, die Forschung.