Med hjälp av superupplösningsavbildningstekniker observerade forskare hur cellernas molekylära reparationsteam - kända som kärnporkomplex - snabbt omorganiseras när en del av cellmembranet brister. Kärnporkomplex styr vad som kommer in i och ut ur en cells kärna, cellens kontrollcentrum.
"Forskare har länge vetat att celler har ett sätt att mycket snabbt reparera skador, men ingen visste hur", säger seniorförfattaren Erin Trantham-Davidson, PhD, biträdande professor i molekylär biovetenskap vid Weinberg College of Arts and Sciences. "Det visar sig att celler har ett anmärkningsvärt och oväntat sätt att mycket snabbt reparera och underhålla sin grundläggande struktur."
Studien publicerades i tidskriften Current Biology.
I experiment med mänskliga celler i labbet gjorde forskare riktade tårar i kärnmembranet och observerade sedan hur cellerna svarade. Normalt kryllar insidan av en cell av molekyler som flyter runt, men efter att en rivning har gjorts i cellens membran bildar kärnporkomplex en tät tätning runt tårens kanter för att stoppa eventuellt molekylärt läckage.
"Om detta inte skedde snabbt, skulle det vara katastrofalt för cellen, vilket potentiellt leder till döden," sa Trantham-Davidson.
Inom 30 sekunder efter rivningen täckte kärnporkomplexen helt kanten av brottet. Inom två minuter var porerna organiserade och kunde kontrollera vad som passerade in och ut ur kärnan, vilket gjorde att cellen kunde återgå till normal funktion.
Med hjälp av levande cellavbildning och datorsimuleringar bestämde forskarna också den fysiska mekanismen bakom den snabba reparationen. De observerade att, efter membranskador, smälter de inre och yttre kärnmembranen samman, vilket skapar en ställning på vilken kärnporkomplex snabbt kan monteras. Denna process involverar ommodellering av kärnporkomplex, där komplexen demonteras, förflyttas längs membranet och återmonteras på platsen för skadan. Denna mekanism ger betydande insikter i det dynamiska beteendet och anpassningsförmågan hos nukleära porkomplex.
"Nukleära porkomplex är otroligt stora, så forskare antog traditionellt att de var långsamma och orörliga," sa Trantham-Davidson. "Vår studie visar att de är anmärkningsvärt dynamiska, och detta är sannolikt sant för andra stora biologiska komplex."
Fynden kan få konsekvenser för cancerbehandlingar. Cancerceller förlorar ofta förmågan att reparera skador på deras kärnmembran, vilket kan göra dem mer känsliga för terapier som riktar sig mot denna reparationsmekanism.
"Genom att förstå mer om hur celler reparerar grundläggande strukturer när de är skadade, kan vi kanske utforma nya terapier för att hjälpa immunsystemet att bättre känna igen och döda cancerceller," sa Trantham-Davidson.
