Signalernas rytm påverkar hur celler reagerar
Samma antal ljuspulser kan ge olika gensvar beroende på hur regelbundet de kommer. Det visar en studie från Göteborgs universitet som undersöker hur celler tolkar signaler och reglerar sin aktivitet.
Optogenetik gör det möjligt att styra genetiskt modifierade celler med ljus, en teknik som uppmärksammas med årets Nobelpris i fysiologi eller medicin. I studien, publicerad i tidskriften iScience, har forskare vid bland annat Göteborgs universitet använt tekniken för att undersöka hur celler reagerar på olika tidsmönster av signalering.
Erik Smedler är forskare vid Sahlgrenska akademin, Göteborgs universitet, där han leder forskning inom molekylär psykiatri. Han är också studiens korresponderande författare:
– Vi undersöker hur celler reagerar på signaler i olika takt, ungefär som en radio som tar emot olika frekvenser. Nervcellernas kommunikation är avgörande för hjärnans funktion, och i vår psykiatriska forskning undersöker vi hur störningar i den kan bidra till psykiska sjukdomar. Den här studien ger oss viktig grundläggande kunskap, säger Erik Smedler.
Det är grundforskning om hur celler bearbetar information och styr biologiska processer, kunskap som på sikt kan bidra till förståelsen av olika sjukdomar.
Takten spelade roll
Forskarna använde odlade mänskliga cancerceller som med genteknik försetts med melanopsin, ett ljuskänsligt protein som normalt finns i ögats näthinna.
Korta pulser av blått ljus aktiverade melanopsinet och satte i gång reaktioner som bland annat frigjorde kalcium inne i cellerna. Kalcium fungerar som en budbärare och kan påverka vilka gener som aktiveras.
Regelbundna ljuspulser gav starkare aktivering av två inflammationsrelaterade gener, TNF och IL8, än oregelbundna pulser. Skillnaden uppstod trots att cellerna fick lika många ljuspulser under en timme.
– Vi undersöker nu också vilken betydelse kalciumoscillationer har vid glioblastom, en aggressiv form av hjärntumör. Tidigare forskning har visat att sådana rytmiska kalciumsignaler kan bidra till tumörens tillväxt, säger Erik Smedler.
Fler system kan påverkas
Att celler reagerar på signalernas frekvens är känt sedan tidigare. I den nya studien har forskarna undersökt hur olika tidsmönster hänger samman med förändringar i ett större nätverk av gener och proteiner.
De identifierade bland annat förändringar i aktiviteten hos gener kopplade till MYC, som reglerar celltillväxt. Beräkningsanalyser pekade också på möjliga kopplingar till system som styr celldelning och hanterar DNA-skador.
Studien bygger på försök i odlade cancerceller. Eftersom ljuset aktiverade flera sammanlänkade signalsystem går det inte att avgöra vilken betydelse kalciumsignalernas rytm hade i sig. Hur resultaten kan överföras till andra celltyper, exempelvis nervceller, återstår att undersöka.
