Stel je cellen voor als kleine robots die door een complex landschap navigeren. Maar in tegenstelling tot machines die met vaste routes zijn geprogrammeerd, nemen deze biologische entiteiten voortdurend beslissingen over welke kant ze op moeten gaan, zelfs zonder aanwijzingen van buitenaf. Wetenschappers hebben zich lange tijd verbaasd over deze autonome navigatie, die essentieel is voor processen als de immuunrespons en, helaas, voor de verspreiding van kanker. Nu werpt een doorbraak licht op de manier waarop cellen hun interne koers bepalen.
Een samenwerkend team van onderzoekers uit Korea en de VS, onder leiding van de professoren Won Do Heo en Kwang-Hyun Cho, samen met professor Kapsang Lee van de Johns Hopkins Universiteit, heeft de code gekraakt. Hun werk, gepubliceerd in Nature Communications, onthult een voorheen onbekend ‘intern kompas’ dat de cellulaire directionaliteit regelt.
Het geheim ligt in een groep eiwitten die Rho-familie-eiwitten worden genoemd (Rac1, Cdc42 en RhoA). Deze kleine moleculaire machines fungeren als interne sensoren, analyseren voortdurend de omgeving van de cel en beïnvloeden de beweging ervan.
Eerdere aannames waren van mening dat deze eiwitten de cel eenvoudigweg in voor- en achterkant verdeelden, wat de basisrichting dicteerde. Maar deze nieuwe studie laat zien dat er een veel geavanceerder systeem speelt. De onderzoekers ontwikkelden een geavanceerde beeldvormingstechniek genaamd INSPECT (INtracellulaire Separation of Protein Engineered Condensation Technique) om eiwitinteracties in levende cellen met ongekende helderheid waar te nemen.
Zie het als het bevestigen van kleine fluorescerende bakens aan de eiwitten. Terwijl ze aan elkaar binden, vormen ze zichtbare clusters in de cel, net zoals oliedruppeltjes zich scheiden in water. Hierdoor konden ze direct zien hoe verschillende Rho-eiwitten samenwerken met andere cellulaire componenten en unieke combinaties vormen die uiteindelijk de richting bepalen die de cel inslaat.
Ze ontdekten twee belangrijke combinaties:
* Cdc42–FMNL : Dit duo zorgt voor een rechtlijnige beweging en stuwt de cel in een consistent pad vooruit.
* Rac1–ROCK : Dit tweetal is verantwoordelijk voor draaimanoeuvres, waardoor de cel van richting kan veranderen en door ingewikkelde omgevingen kan navigeren.
Om deze directionele controle te bevestigen, hebben de wetenschappers op slimme wijze een deel van Rac1 aangepast, waardoor het vermogen om zich aan ROCK te binden werd verstoord. Dit ‘kapotte stuur’ verhinderde dat cellen effectief van koers konden veranderen, waardoor ze ondanks veranderingen in de omgeving in rechte lijnen moesten bewegen. Opmerkelijk genoeg behielden deze gemanipuleerde cellen zelfs hun snelheid, ongeacht externe signalen, wat benadrukt hoe nauw deze eiwitinteractie verbonden is met het aanpassingsvermogen van de cel.
Dit baanbrekende onderzoek verandert fundamenteel ons begrip van cellulaire navigatie. Het laat zien dat beweging niet willekeurig is, maar nauwkeurig wordt georkestreerd door een intern programma: een dynamisch samenspel van eiwitten die zich voortdurend aanpassen en herijken op basis van hun unieke partnerschappen binnen de cel.
Professor Heo vat treffend samen: “Cellen bewegen niet blindelings; ze beschikken over een geavanceerd intern programma voor directionaliteit.” Deze nieuwe kennis opent opwindende wegen voor het begrijpen van ziektemechanismen zoals de uitzaaiing van kanker en immuundisfunctie. INSPECT zelf belooft een krachtig instrument te worden bij het ontleden van andere biologische mysteries, en biedt ongekende inkijkjes in de ingewikkelde moleculaire dans die het leven regeert.
