Cellbiologer har använt en ny superupplösningsmikroskopiteknik för att för första gången kunna observera reaktioner på molekylär nivå.

I en tidning publicerad i Vetenskapssignalering , ett team från University of Reading och Goethe University Frankfurt använde en ny optisk mikroskopiteknik med superupplösning för att se hur Toll-Like Receptors (TLR) som fungerar som molekylära elektriska kretsar för att styra flödet av signaler till en cell. Teamet har tittat på hur en process, kallas dimerisering, bestämmer mellan liv och död för celler och reglerar immunsvaret.

Den detaljnivå som uppnås med supermikroskopi är fortfarande inte tillräcklig för att göra enstaka receptormolekyler i en liten proteindimer synliga, så forskarna utvecklade en sofistikerad analysmetod för att förbättra den optiska signalen. På så sätt kunde de "zooma in" på superupplösta bilder och undersöka om TLR4 fanns som en monomer eller en dimer. Forskarna kunde också upptäcka om kemiska signaler från olika patogener modulerade receptorernas mönster.

100 gånger mer zoom

Dr Darius Widera, en cellbiolog från University of Reading sa:

"Med denna spännande nya teknik kunde vi observera en speciell Toll-like Receptor, TLR4, genomföra dimerisering på molekylär nivå för första gången. Denna process har bara någonsin observerats indirekt, och att se bilderna som den nya mikroskopiska tekniken ger är väldigt spännande. Processen har gjort det möjligt för oss att zooma in på TLR:er med mer än 100 gånger kraften hos ett standardmikroskop för att ge otroligt detaljerad information om hur processen börjar ser ut."

Dr Graeme Cottrell, en biokemist från University of Reading sa:Vi vet att dessa TLR:er kan övervaka en cells öde genom att bilda en dimermolekyl. Genom att slå på och av som en ljusströmbrytare, de skickar signaler som kan bekämpa skadliga bakterier, virus och liknande när de interagerar. I denna nya studie, vi observerade hur närvaron av en kemisk signal från flera patogener ledde till olika svar från TLR4, vilket vi inte skulle ha kunnat göra utan den nya superupplösningstekniken."

Behandling av cancertumörceller

Alla celler i människokroppen kommunicerar genom att skicka och ta emot kemiska signaler. Igenkännandet av dessa signaler uppnås av specialiserade proteiner på cellytan som kallas receptorer. Dessa receptorer fungerar som molekylära switchar som överför signaler från ytan till biologiska svar som kan vara så olika som cellöverlevnad eller celldöd.

Tidigare studier utförda av konsortiet bestående av forskargrupper ledda av Dr Widera, Dr Cottrell (båda University of Reading, School of Pharmacy) och Prof Heilemann (Goethe University Frankfurt, Tyskland) har också visat att aktivering av TLR4 genom olika kemiska signaler antingen kan inducera proliferation av hjärncancerceller eller leda till kontrollerad död av dessa tumörceller.

Professor Mike Heilemann från Institutet för fysisk och teoretisk kemi vid Goethe-universitetet i Frankfurt sa:

"Det är tänkbart att detta tillvägagångssätt kommer att hjälpa oss i framtiden att bättre förstå de grundläggande biologiska processer som reglerar immunsystemet vid hälsa och sjukdom. Samtidigt, denna mikroskopimetod är också tillämpbar på andra membranproteiner och många liknande frågor."