پروب فلورسنت جدید نرخ تبدیل ثابت اندولیزوزوم ها را نشان می دهد

تحقیقات مشترک در دانشگاه سینسیناتی یک کاوشگر جدید برای مطالعه بهتر سلول ها ایجاد کرده است که قبلاً به دانش جدیدی در مورد برخی فرآیندهای سلولی منجر شده است.

دکتر Jiajie Diao از UC و PhD Yujie Sun نویسندگان اصلی تحقیق جدیدی هستند که در 4 می در سنسورهای ACS.

روی اندولیزوزوم ها تمرکز کنید

تحقیقات این تیم بر روی اندامک‌ها یا ساختارهای تخصصی که وظایف مختلفی را در داخل سلول‌ها انجام می‌دهند، به نام اندولیزوزوم متمرکز شد. لیزوزوم‌ها اندامک‌هایی هستند که به‌عنوان «مرکز بازیافت» سلول عمل می‌کنند و از بلوک‌های ساختمانی شکسته یا نادرست برای اهداف مختلف استفاده می‌کنند و اندولیزوزوم‌ها زیرمجموعه‌ای از لیزوزوم‌ها هستند که به عنوان اندامک متفاوتی به نام اندوزوم شروع می‌شوند.

لیزوزوم‌ها اندامک مهمی برای مطالعه هستند، زیرا ناهنجاری‌ها می‌توانند منجر به بیماری‌های ذخیره‌سازی لیزوزومی شوند که باعث تجمع مواد سمی در سلول‌ها می‌شوند. ناهنجاری در عملکرد لیزوزوم نیز با بیماری های عصبی و سرطان مرتبط است.

اگر لیزوزوم ها به طور طبیعی کار نکنند، سلول زباله های زیادی را جمع می کند و در نهایت منجر به مرگ سلولی می شود.

جیاجی دیائو، عضو مرکز سرطان دانشگاه سینسیناتی و دانشیار گروه بیولوژی سرطان در کالج پزشکی UC

در فرآیند انتقال از یک اندوزوم به یک لیزوزوم، این اندامک ها سطح pH خود را از یک محیط خنثی به یک محیط اسیدی تغییر می دهند. اگر محیط به اندازه کافی اسیدی نباشد، لیزوزوم ها نمی توانند کار پاکسازی و بازیافت زباله را به درستی انجام دهند.

دیائو گفت: «ما در تلاش هستیم تا از این فرآیند تصویربرداری کنیم و تلاش می‌کنیم کل فرآیند تغییر اندولیزوزوم را ردیابی کنیم و تلاش می‌کنیم بفهمیم که این اندولیزوزوم‌ها در کدام حالت و در کدام مکان غیر طبیعی می‌شوند.»

کاوشگر جدید

تیم Diao و Sun سال گذشته تحقیقاتی را در مورد کاوشگر ECGreen منتشر کردند که وقتی محیط سلولی اسیدی‌تر می‌شود، سایه سبز روشن‌تری به خود گرفت. در حالی که این یک گام به جلو بود، دیائو گفت ECGreen هنوز محدودیت هایی دارد.

دیائو گفت: «سنجش مقدار مطلق سخت است، زیرا فقط می توانم بدانم که کمتر شده است. “شدت بیشتر می شود، اما چقدر زیاد است؟ هیچ راهی وجود ندارد که بتوانید این مقدار را کالیبره کنید.”

جدیدترین کاوشگری که این تیم توسعه داده است زمانی که در یک محیط خنثی است سبز است و هنگامی که محیط سلول اسیدی تر می شود به رنگ قرمز تغییر می کند.

دیائو گفت: «بنابراین سیگنال‌های قرمز و سیگنال‌های سبز داریم و با محاسبه نسبت، می‌توانیم مقدار دقیق pH را کالیبره کنیم. “این برای اندازه گیری pH داخل اندولیزوزوم قوی تر و دقیق تر است، بنابراین این یک مزیت بزرگ است.”

سان، عضو مرکز سرطان، دانشیار و مدیر برنامه های فارغ التحصیل در بخش شیمی دانشگاه کالیفرنیا، افزود: کاوشگر ما فلورسانس بسیار عالی حساس به pH را در اندولیزوزوم ها در مراحل مختلف مورد علاقه نشان می دهد.

تحقیق در عمل

هنگامی که محیط یک سلول تغییر می کند، مانند زمانی که یک سلول آسیب می بیند، باید تعداد لیزوزوم ها را افزایش دهد تا بتواند سلول را بازیافت یا پاک کند. اما سلول های فرآیندی که برای افزایش تعداد لیزوزوم ها استفاده می کنند قبلاً شناخته نشده بود.

با استفاده از این کاوشگر جدید، محققان دریافتند مهم نیست که سلول در چه محیطی قرار دارد و سلولی طبیعی یا غیرطبیعی است، نسبت آندوزوم‌ها را ثابت نگه می‌دارد که سپس به لیزوزوم تبدیل می‌شود.

سان گفت: «با استفاده از پروب مولکولی کوچک در سلول‌های زنده، ما توانستیم نرخ تبدیل ثابتی را از آندوزوم‌های اولیه به اندوزوم‌ها/لیزوزوم‌های دیررس نشان دهیم. ما بسیار خوشحالیم که توانستیم این نرخ تبدیل ثابت را فاش کنیم.”

دیائو خاطرنشان کرد که برای اولین بار، تیم دریافتند که این فرآیند از آندوزوم به لیزوزوم توسط یک فرآیند پیچیده کنترل شده توسط پروتئین کنترل می شود.

دیائو گفت: «این فرآیند به شدت تنظیم شده است و شما نمی‌توانید از هیچ مرحله‌ای بگذرید، حتی اگر در شرایط اضطراری باشد.

برنامه های کاربردی کاوشگر

علاوه بر کاربردهایی که در تحقیقات منتشر شده توضیح داده شده است، دیائو گفت که تعدادی کاربرد دیگر برای کاوشگر جدید وجود دارد.

او گفت: «ما می‌توانیم محل آندولیزوزوم را بدانیم، می‌توانیم تعداد آن را بدانیم، می‌توانیم تغییر pH را بدانیم، می‌توانیم اندازه آندولیزوزوم را بدانیم. در نهایت ما تمام پارامترهای مربوط به اندولیزوزوم های داخل سلول را خواهیم داشت.

با تمام این اطلاعات، تیم در حال کار بر روی توسعه یک نرم افزار یادگیری ماشینی است که می تواند مشخصات ناهنجاری های سلولی را مشخص کند و به سرعت مشکلات لیزوزوم را که ممکن است منجر به بیماری شود، تشخیص دهد. این روش سریع‌تر و مقرون به صرفه‌تر از توالی‌یابی ژن و پروتئین فعلی خواهد بود و در عمل فقط می‌تواند یک بیمار سالم باشد که یک آزمایش خون ساده را انجام دهد که به آنها بگوید آیا فاکتورهای خطر برای برخی بیماری‌های لیزوزومی دارند یا خیر.

دیائو گفت: “شما فقط باید رنگ آمیزی کنید و در عرض 10 دقیقه، تمام اطلاعات را در اختیار دارید.” ما در واقع در حال تلاش برای توسعه سیستمی با این کاوشگرها هستیم تا بتوانیم تشخیص سریع انجام دهیم.”

محققان همچنین در حال مطالعه درمان‌هایی هستند که بر روند انتقال از آندوزوم به لیزوزوم برای تسریع روند پیچیده تأثیر می‌گذارند، از جمله تحقیقات با استفاده از نور برای تسریع این فرآیند.

سان گفت: «نتایج تحقیقات ما نشان می‌دهد که این یک جهت بسیار امیدوارکننده در طراحی و توسعه کاوشگرهای فلورسنت کوچک برای کاربردهای تصویربرداری زیستی است، به‌ویژه زمانی که با میکروسکوپ با وضوح بالا همراه شود». ما به توسعه کاوشگرهای فلورسنت جدید با عملکردهای متعدد ادامه خواهیم داد.

سایر محققان در UC شروع به استفاده از کاوشگر کرده‌اند و تیم در حال کار برای ثبت اختراع و تجاری‌سازی این فناوری است.

دیائو گفت: “من فکر می کنم این یک کار واقعا کلاسیک است که حاصل همکاری است.” دکتر سان و گروه ما با هم کار می‌کنند و ما در واقع کل فرآیند را بسیار سریع و بسیار کارآمد انجام می‌دهیم. ما می‌خواهیم همه این کشف را تسریع کنیم.

سان افزود: “تخصص تکمیلی دکتر دیائو و گروه های خودم واقعاً امکان کار روی این پروژه های مشترک را فراهم می کند.” “تعامل هم افزایی بین گروه های ما کلید موفقیت است.”