Stejně jako naše reakce bojuj nebo uteč mají naše buňky také režim autopilota stresu. Úbytek kyslíku, přehřátí nebo napadající toxin mohou spustit buněčnou stresovou reakci – kaskádu molekulárních změn, které jsou posledním pokusem buňky přežít.
Mezi tyto strategie přežití patří tvorba „stresových granulí“– proteiny a molekuly RNA se shlukují do bezmembránových kuliček, když je buňka ohrožena. RNA je základní biologická molekula, která překládá genetickou informaci z DNA za účelem tvorby proteinů. Během buněčného stresu většina molekul RNA zastaví svou normální činnost translace a shlukují se uvnitř stresových granulí, jako by se běžely schovat.
V novém experimentu publikovaném v Nature Cell Biology použili odborníci na biologické zobrazování pod vedením Tima Staseviche, docenta na katedře biochemie a molekulární biologie na Coloradské státní univerzitě, vlastní fluorescenční mikroskop a nový nástroj pro značkování protilátek. sledovat živé buňky procházející stresem. S přesností na jednu molekulu vědci zachytili jednotlivé molekuly RNA, které interagují se stresovými granulemi, a odhalili, jak, kdy a kde se RNA pohybují - proces, který nikdy předtím nebyl svědkem od začátku do konce. Definitivně mimo jiné prokázali, že translace RNA je zcela umlčena předtím, než RNA vstoupí do stresových granulí.
Výsledky vzešly z partnerství s laboratoří Roye Parkera, profesora na katedře biochemie na University of Colorado Boulder. Kombinovaná odbornost těchto dvou laboratoří osvětlila bezprecedentní detaily buněčné stresové reakce a připravila cestu pro budoucí studie plné dynamiky translačního odstavení a jeho vztahu k mnoha nemocem.
„Myslím, že vidět znamená věřit, a to je náš příspěvek,“řekl Stasevich, Boettcher Investigator, jehož laboratoř dříve publikovala biochemické značení a zobrazovací techniku v časopise Science. "Používáme živé buňky jako zkumavky ke studiu dynamických procesů, které nikdy předtím nebyly viděny. Schopnost zobrazit tyto procesy na úrovni jedné molekuly v živých buňkách bude mocným nástrojem pro lepší pochopení buněčné stresové reakce v normálních a nemocné buňky."
Parkerova laboratoř na CU Boulder se dlouho zajímala o interakce RNA spojené s buněčným stresem. "Viděli jsme Timovu vědeckou práci o sledování vznikajících řetězců a mysleli jsme si, že by to byla perfektní technika k zodpovězení otázek, na které se naše laboratoř pokoušela už nějakou dobu přijít," vysvětlila postdoktorandka z UK Stephanie Moon, spoluautorka na Nature Cell. Papír z biologie a bývalý postgraduální student CSU.
Dynamika tvorby stresových granulí byla v předchozím výzkumu pouze odvozena, řekl Parker. "Ale pokud je buňky nevytvářejí, zemřou. Takže musí být důležité."
Dříve jediným způsobem, jak mohli vědci jako Parker a Moon „vidět“RNA během buněčného stresu, bylo zobrazování pevných buněk – ekvivalent pořízení snímku. "Věděli jsme, že RNA jsou ve stresových granulích, a věděli jsme, které RNA tam jsou. Věděli jsme, že mohou být ovlivněny mutacemi, které mohou způsobit onemocnění. Všechny tyto znalosti byly založeny na statických obrázcích," řekl Parker.
Podle dřívějšího výzkumu Parkera může několik mutací způsobit nesprávnou tvorbu těchto RNA-proteinových sestav a tyto aberace jsou spojeny s neurodegenerativními onemocněními, jako je amyotrofická laterální skleróza.
Při návštěvě kina se Stasevichovým týmem ožila buněčná stresová reakce v barevných detailech a vrhla světlo na dříve skryté detaily. Mezi hlavní zjištění tohoto článku patří, že zatímco některé RNA přicházejí a odcházejí na povrchu granulí, některé jsou zvláštně přilepené, jako by byly uvázané v melase, řekli výzkumníci.
"Tím, že se ukázalo, že RNA přecházejí do granulí, jsou translačně potlačeny a zůstávají tam, naznačuje to, že stresové granule mohou hrát roli v udržení těchto RNA mimo genovou expresi," řekl Moon.
Tatsuya Morisaki, spoluprvní autor a vedoucí výzkumník v Stasevichově laboratoři, vedl zobrazovací experimenty s Moonem a vyvinul techniku sledování překladu. Morisaki použil buněčnou linii vyvinutou v Parkerově laboratoři, která obsahuje zelený fluorescenční marker pro stresové granule. Technologie fluorescenčního značení Stasevich la změnila buněčnou linii pomocí markerů, které fluoreskují daleko červeně pro RNA a červeně pro translaci, což umožňuje vidět všechny tři barvy najednou.
Stasevich nazval spolupráci krásnou kombinací dvou laboratoří směřujících ke společnému cíli. "Myslím, že můžeme skutečně spolupracovat na zodpovězení některých otázek, které nebyly nikdy předtím zodpovězeny," řekl Stasevich.
Parker souhlasil.
„Timova laboratoř je skvělá při zobrazování jedné molekuly, včetně translace a lokalizace RNA, zatímco moji skupinu zajímá pokus porozumět těmto granulím RNA-proteinu a tomu, jak se tvoří,“dodal. "Takhle by měla fungovat věda."
