Ett nytt samarbete mellan två UC Santa Barbara-labb utforskar den underliggande molekylära mekanismen för en anmärkningsvärd process som kallas anastas, ett grekiskt ord som betyder "uppstå till liv". Bygger på tidigare arbete som visar att celler kan återhämta sig från randen av döden, den nya studien visar att anastasis är en aktiv process som består av två särskiljbara stadier. Teamets resultat visas i Journal of Cell Biology .

"Vi visste redan att celler behöver transkribera nya gener för att återhämta sig, " förklarade motsvarande författare Denise Montell, UCSB:s Duggan professor i molekylär, Cellulär, och utvecklingsbiologi. "Så vi profilerade varje molekyl av mRNA i cellerna när de började dö och sedan när de återhämtade sig."

Först, biologerna tillsatte ett toxin till tillväxtmediet för att framkalla apoptos – en form av programmerat cellsjälvmord som är en integrerad del av nästan alla sjukdomar – och tog cellerna till döds. Sedan bytte de mediet för att ta bort induceraren och lät cellerna återhämta sig för en, två, tre, fyra, åtta eller 12 timmar. Vid varje steg på vägen, forskarna samlade in miljontals celler och sekvenserade deras RNA för att upptäcka hur deras genetiska profil förändrades under denna process. Montells labb arbetade med UCSB:s Kosik Molecular and Cellular Neurobiology Lab, som utförde RNA-analysen.

Data från RNA-profilerna visade inte bara den aktiva naturen hos anastasprocessen utan visade också dess två distinkta faser. Under de första fyra timmarna cellerna genomgår massiva förändringar i genuttryck jämfört med obehandlade celler. Ändå liknar celler efter en timmes återhämtning mycket mer varandra än de är celler vid åtta timmar, som ser ut som de vid 12-timmarsstrecket.

"Vi fann också att även när celler är på randen av döden, de berikar i hemlighet överlevnads-RNA, ", sa Montell. "Cellerna vet inte om saker och ting kommer att bli bättre eller sämre, så de håller fast vid några överlevnadsmolekyler för säkerhets skull. Så cellerna är redo att återhämta sig även när de dör."

Teamet fokuserade på ett särskilt pro-survival RNA som kallas snigel som är berikad på randen av döden. Cellerna gör inte protein av RNA eller bryter ner det; snarare, de håller fast vid det. När forskarna förhindrade uttrycket av snigel, cellerna kunde inte överleva.

De upptäckte också att RNA inducerade i den tidiga fasen av anastasis främjar transkription av andra gener, vilket gör att celler kan återhämta sig och börja dela sig. I den senare fasen, RNA förändrar vad de gör och förvärvar förmågan att migrera.

"Vissa saker kommer till uttryck under hela återhämtningsprocessen, inklusive angiogenesinducerare som gör nya blodkärl, " Montell noterade. "Detta ser mycket ut som sårläkning:cellproliferation eller migration för att fylla i tomrummet och skapandet av nya blodkärl för att ge näring åt återhämtningen.

"Det är väl och bra i en fördelaktig normal process, " tillade Montell. "Till exempel, under en hjärtinfarkt, när hjärtceller saknar syre, om de kan återhämta sig, Det är bra nyheter. Men när cancerceller gör samma sak, det är dåliga nyheter. Kemoterapiläkemedel och strålning är kända för att få cancerceller att genomgå apoptos. Men anastasis kan ge dem ett sätt att studsa tillbaka efter behandling."

Nu när forskarna har beskrivit denna molekylära mekanism, de är särskilt intresserade av de tidigaste faserna av återhämtning innan celler börjar transkribera nya gener. De skulle också vilja bättre förstå de långsiktiga cellulära effekterna av anastasis.

"Vi vill veta om en cell som återhämtar sig från dödens rand har kvar ett permanent epigenetiskt minne av upplevelsen, ", sade Montell. "Vi vill också ta reda på om celler som har upplevt en omgång av anastasis är mer eller mindre motståndskraftiga mot en efterföljande omgång. Och viktigast av allt, ligger mekanismen som vi beskriver i denna artikel bakom återfall efter kemoterapi och strålbehandling?"