Neues Forschungsmodell beleuchtet, wie Organe miteinander kommunizieren

Unsere vielen verschiedenen Organsysteme stehen in ständiger Kommunikation miteinander. Während des Trainings senden die Muskeln beispielsweise Signale an das Fett- und Lebergewebe, um ihre Energiequellen freizusetzen. Während diese Kommunikationsnetzwerke jeden Tag eine entscheidende Rolle in unserem Körper spielen, war es historisch schwierig, solche Wege aufzudecken. Wissenschaftler von Scripps Research, der University of Southern California und anderswo haben nun erfolgreich ein Modell entwickelt, um die Proteinsignale zu markieren und zu verfolgen, die eine Organ-zu-Organ-Kommunikation ermöglichen.

Wie die Forscher in beschrieben Öffnen Sie Biologie Am 10. August 2022 markiert ihr neues Mausmodell die Proteine, die eine Zelle absondert, und verfolgt ihre Bewegung im ganzen Körper. Diese neuartige Technologie könnte unser molekulares Verständnis von gesundem und erkranktem Gewebe sowie die Rolle, die die Kommunikation zwischen Organen beim Ausbruch und Fortschreiten von Krankheiten spielt, prägen.

„Dieses neue Modell kann mit der Einrichtung eines Passsystems im Körper verglichen werden, da wir identifizieren, woher Proteine ​​​​kommen und wohin sie gehen“, sagt Ilia Droujinine, Co-Erstautorin der Studie, Ph.D., Scripps Fellow and Forschungsleiter in der Abteilung für Molekulare Medizin bei Scripps Research. „Wir können diese miteinander verbundenen Kommunikationsnetzwerke endlich ans Licht bringen und dann Behandlungen auf der Grundlage dieses neuen Wissens entwickeln.“

Forscher haben andere Methoden, wie virale Ansätze, verwendet, um die Proteinsekretion und die Art und Weise, wie Organe miteinander kommunizieren, zu verstehen. Obwohl diese Techniken unschätzbare Einblicke in die in einem Organismus exprimierten Proteine ​​geliefert haben, sind sie nicht empfindlich genug, um Proteine ​​in geringer Menge oder den Ursprung und das endgültige Ziel von Proteininteraktionen zu markieren. Aber mit diesem neuen Modell sind Wissenschaftler jetzt in der Lage, den genauen Weg zu verstehen, den ein bestimmtes Protein nimmt.

In der Studie verwendeten die Forscher ein Enzym namens BirA*G3, das sekretierte Proteine ​​mit einem Biotin-Tag markiert. Diese Biotin-Markierungen wurden dann in lebenden Mäusen mit einer Methode namens quantitative Massenspektrometrie-Proteomik nachgewiesen, die zur Messung von Proteinen in einer Probe verwendet wird. Dadurch wurde deutlich, woher die Proteine ​​stammen und wohin sie im Körper gewandert sind.

Als BirA*G3 im ganzen Körper breit aktiviert wurde, stellten die Forscher fest, dass alle sekretierten Proteine ​​erfolgreich markiert wurden, sogar Proteine ​​mit geringer Häufigkeit und hormonähnlichen Eigenschaften. Wenn BirA*G3 ausschließlich in der Leber aktiviert wurde, wurden nur sekretierte Proteine ​​hervorgehoben, die mit diesem Organsystem in Verbindung stehen – was ebenfalls die hohe Spezifität des Modells zeigt.

„Angesichts der zentralen Rolle von sekretierten Schlüsselproteinen wie Insulin besteht ein großes Interesse an der Identifizierung neuer sekretierter Proteine“, sagte Andrew McMahon, Ph.D., leitender Autor der Studie und Vorsitzender der Abteilung für Stammzellbiologie und Regenerative Medizin an der University of Southern California. „Genomstudien legen nahe, dass noch viele neue Proteine ​​charakterisiert werden müssen. Wir freuen uns darauf, tief in dieses Gebiet einzutauchen, nachdem wir die Technologie validiert haben.“

Es gibt unzählige Forschungsanwendungen für diese Technologie, stellt Droujinine fest. Mit dieser Art von Modell können Wissenschaftler damit beginnen, unerforschte Krankheitswege zu kartieren und schließlich gezielte Behandlungen zu entwickeln, da viele Krankheiten ihren Ursprung in einem einzelnen Organ haben und sich dann schließlich auf andere ausbreiten. Krebs mit seinen metastatischen Eigenschaften ist ein Beispiel. Zum anderen haben Studien gezeigt, dass viele der gesundheitlichen Komplikationen, die durch Fettleibigkeit entstehen, auf eine fehlerhafte Organkommunikation zurückzuführen sein könnten, viele der molekularen Mechanismen jedoch noch unbekannt sind.

„Jedes Protein, das wir entdecken und das bei Krankheiten eine Rolle spielt, hat das Potenzial, in ein Therapeutikum umgesetzt zu werden“, fügt Droujinine hinzu.