Så pratar celler med varandra
Celler måste stämma av med varandra. Gå från monolog till dialog för att kroppen ska fungera. Nu har forskare kartlagt hur de gör vid ämnesomsättningen.
– Vi har sett hur cellerna övergår från sitt enskilda beteende till att koordinera det med sina grannar, säger Caroline Beck Adiels, forskare inom biologisk fysik.
Kunskap om hur celler kommunicerar är en viktig nyckel för att förstå många biologiska system och sjukdomar. Kartläggningen av hur cellerna pratar med varandra vid ämnesomsättningsprocessen kan till exempel öka förståelsen för den underliggande mekanismen bakom typ 2-diabetes.
Forskargruppen vid Göteborgs universitet använt en unik kombination av metoder för att kartlägga mekanismen bakom cellkommunikation, bland annat med hjälp av små odlingskammare där miljön runt cellerna kan kontrolleras.
Cellernas kommunikation livsviktig
Att mänsklig kommunikation är viktig vet vi, men precis lika viktig är kommunikationen mellan cellerna i våra kroppar. Processerna där celler synkroniserar och koordinerar sitt beteende är en förutsättning för att en organism ska fungera, och för att organen i en människa ska kunna utföra sina uppgifter.
– Hur går cellerna från monolog till dialog? Hur sker övergången från att alla går sin egen väg till att de stämmer av med varandra? Det här är komplexa och svårstuderade beteenden som vi behöver förstå bättre, säger Caroline Beck Adiels, universitetslektor vid institutionen för fysik på Göteborgs universitet.
Enskilda cellers beteenden
Forskarna valde att studera jästceller eftersom de liknar mänskliga celler, och har fokuserat på så kallade glykolytiska oscillationer – en serie kemiska reaktioner i ämnesomsättningen där koncentrationen av substanserna kan pulsera, eller ”oscillera”. Studien visade hur celler som från början oscillerade oberoende av varandra övergick till att bli mer samspelta, så att delvis synkroniserade cellsamhällen skapades.
– En av de unika sakerna med studien är att vi har kunnat granska enskilda celler istället för hela cellpopulationer. Det gör att vi verkligen kunnat se hur cellerna övergår från sitt enskilda beteende till att koordinera det med sina grannar. Vi har kunnat kartlägga beteendet både temporalt och spatialt, det vill säga när något sker och i vilken cell, säger Caroline Beck Adiels.
Ökad förståelse för typ 2-diabetes
Enligt Caroline Beck Adiels kan kunskapen appliceras på många andra biologiska system och mer komplexa celler där koordinerat cellbeteende spelar en viktig roll. Bland annat finns liknande beteenden i celler i hjärtmuskeln samt i bukspottskörteln, vilket kan bli en viktig pusselbit i forskningen om diabetes.
– Studien kan bidra till förståelsen för hur regleringen av bukspottskörtelns celler sker och hur dessa utsöndrar insulin, vilket kan hjälpa oss att förstå den underliggande mekanismen bakom typ 2-diabetes. Det skulle i förlängningen kunna bidra till utvecklandet av nya läkemedel kopplade till sjukdomen.
Studien är ett samarbete mellan åtta forskare på svenska och internationella universitet, och Caroline Beck Adiels betonar att det interdisciplinära samarbetet har varit en stor styrka för att kunna studera cellers komplexa beteende från flera håll.
– Det här är ett arbete jag är väldigt stolt över, som hade varit omöjligt att ro i land om vi inte hade samarbetat över disciplingränserna, säger hon.
Fokus på varje enskild cell
Forskarna har kartlagt mekanismen bakom cellers kommunikation i ämnesomsättningsprocessen. De valde att forska på jästceller eftersom de har många likheter med mänskliga celler och därför kan användas som en modellorganism.
Genom att använda sig av små odlingskammare (så kallade mikrofluidiksystem) kunde forskarna studera jästcellerna under mikroskop, och samtidigt kontrollera miljön runtomkring cellerna. Kammaren är utformad så att cellerna ligger i ett enda lager och därför kan studeras en och en.
Tack vare att en av substanserna i ämnesomsättningskedjan är autofluourescent, det vill säga avger ett svagt ljussken när man lyser på cellen med en specifik våglängd av ljus, kunde forskarna se hur cellerna kommunicerar och synkroniseras.
De experimentella resultaten har verifierats med en detaljerad matematisk modell över glykolysens reaktioner, som applicerats på varje enskild cell. Dessutom användes en mjukvara som i grunden har utvecklats för att studera hjärnans olika kopplingar. Den kunde användas för att bekräfta både experimentell och teoretisk data, men ger även forskarna ett verktyg för att iscensätta fler situationer av komplex cellkommunikation.
Kontakt:
Caroline Beck Adiels, Institutionen för fysik vid Göteborgs universitet, caroline.adiels@physics.gu.se
Vetenskaplig artikel:
Intercellular communication induces glycolytic synchronization waves between individually oscillating cells(Martin Mojica-Benavides, David D. van Niekerk, Mite Mijalkov, Jacky L. Snoep, Bernhard Mehlig, Giovanni Volpe, Mattias Goksör och Caroline B. Adiels)PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
