I ett par publikationer, forskare har visat hur celler anpassar sig till stressfaktorer – som vattenförlust – genom att programmera om sina interna signalnätverk. Studierna beskriver tidigare okända mekanismer som celler använder för att skicka signaler mellan cellulära maskiner och undvika celldöd. Enligt författarna, läkemedel som förbättrar anpassningsmekanismerna kan hjälpa celler att avvärja flera sjukdomar, inklusive typ 2-diabetes. Studierna publicerades i Cellrapporter och Molekylär cell .

"Vi upptäckte att celler stänger av icke-nödvändiga funktioner när de står inför hot mot sin överlevnad. Samtidigt, celler aktiverar nya mekanismer för att upprätthålla viktiga funktioner, "sa Maria Hatzoglou, Doktorsexamen, senior författare på båda tidningarna, professor i genetik och nutrition vid Case Western Reserve University School of Medicine, och medlem av Case Comprehensive Cancer Center.

Studierna fokuserar på två typer av cellulär stress:cellkrympning från vattenförlust, och dysfunktion av det endoplasmatiska retikulum, den cellulära organellen som gör och leder proteiner till specifika destinationer. Båda har olika orsaker - allt från en persons genetik till en cellmiljö - och celler måste anpassa sig till stressfaktorerna, eller förgås. I de nya studierna, forskare beskriver en rad cellulära lösningar. "Celler skyddar sig själva genom att bromsa energikrävande processer, såsom proteinsyntes. Detta förbereder cellerna för att omprogrammera det cellulära maskineriet för att bara göra de essentiella proteinerna som behövs för överlevnad, " sa Hatzoglou.

I den Molekylär cell studie, Hatzoglou och kollegor beskriver hur stressade celler fokuserar på kritisk proteinproduktion för att upprätthålla funktionen hos det endoplasmatiska retikulum, genom att sända signaler längs oväntade molekylära vägar. I den Cellrapporter studie, forskare lägger hornhinneceller i saltvatten för att torka ut dem. Cellerna svarade genom att aktivera vägar som hjälper till att transportera aminosyror. Genom att göra så, cellerna kunde förhindra vattenförlust. Fynden tyder på att mediciner som riktar sig mot transportvägarna kan hjälpa till att behandla torra ögonsyndrom. Sådana mediciner kan också hjälpa till att behandla neurodegenerativa sjukdomar orsakade av defekter i proteinjämvikt.

Sa Hatzoglou, "Båda våra papper bidrar till vår förståelse av hur celler försöker se till att proteiner viks ordentligt och navigeras genom cellerna, så att de kan nå sina slutdestinationer och anta sina normala funktioner. Denna process är känd som den "integrerade stressresponsen." I Molekylär cell , forskare beskriver hur celler kan "omprogrammera" den integrerade stressresponsen. Som tidningen förklarar, författarna "upptäcker mekanismen för anpassning till kronisk stress som omfattar tidigare ouppskattad ombyggnad." Studien beskriver en kaskad av nya cellulära signaler som celler använder för att anpassa sig till stressiga förhållanden. Intressant, den nya stressförsvarsmekanismen innebär ombyggnad av det cellulära maskineriet som översätter genetiskt mRNA-material till en utvald grupp av proteiner. Denna selektiva proteinsyntes skyddar stressade celler från livshotande endoplasmatisk retikulumdysfunktion.

I Molekylär cell , Hatzoglou och medarbetare visar också att endoplasmatisk retikulumdysfunktion kännetecknas av en ny celldödsmekanism som involverar cytoplasmatisk vakuolisering - bildandet av stora, giftiga fickor inuti celler som påminner om skummande celler, observeras i många mänskliga patologier. Denna fenotyp är en patologisk egenskap i hjärnan av neurodegenerativa sjukdomar som kallas barndomsataxi, och introducerar den intressanta möjligheten att deras orsak är resultatet av endoplasmatisk retikulumdysfunktion i nervceller.

Fynden kan också leda till nya diabetesbehandlingar. "Patienter som utvecklar typ 2-diabetes blir sjuka för att de tillverkar för mycket insulin. Detta gör att det endoplasmatiska retikulumet överväldigas och inte kan hantera den plötsliga proteinöverbelastningen, leder till dysfunktion. Denna dysfunktion dödar senare insulinproducerande celler i bukspottkörteln, ", sa Hatzoglou. "Vi tror att genom att förbättra det adaptiva svaret på ökat insulin kan vi fördröja endoplasmatisk retikulumdysfunktion och uppkomsten av sjukdom." Hatzoglou fick finansiering från National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases för att studera hur aktiverande cellulära stressreaktioner kunde hjälpa till att fördröja diabetesprogression.

Tillsammans med kollegor, Hatzoglou planerar framtida experiment för att förstå de molekylära mekanismerna som försvarar celler under olika stressförhållanden. Resultaten kan leda till nya läkemedel för att förhindra celldöd i flera sjukdomstillstånd - från torra ögonsyndrom till diabetes.