Forskare från Portland State University har gjort ett betydande genombrott genom att utveckla 3D-strukturen av proteiner inifrån ögonlinsen som styr hur celler kommunicerar med varandra, som kan öppna dörren för behandling av sjukdomar som grå starr, stroke och cancer.

PSU:s forskargrupp, ledd av kemiprofessor Steve Reichow, använde ett mikroskop för flera miljoner dollar och en ny teknik utvecklad av tre nobelprisbelönta biofysiker kallad kryoelektronmikroskopi (Cryo-EM) för att se membranproteinkanaler – eller transporttunnlar i cellväggar – på atomnivå. Detta gjorde att Reichows team, vars forskning stöds av National Institutes of Health, att skapa en 3D-bild av membrankanalen för att bättre förstå de processer som är involverade i cell-till-cell-kommunikation.

Forskare från Portland State använde Cryo-EM - en mikroskopteknik som fryser biomolekyler i mitten av rörelsen och tar bilder med ultrahög upplösning - och datormodellering för att se 3D-strukturen av gap junction-proteiner som hade isolerats från ögonlinser. Gap junctions är små kanaler som gör att närliggande celler kan kommunicera med varandra och finns på många ställen i kroppen.

Deras resultat - publicerade 12 december i den vetenskapliga tidskriften Natur - visade för första gången hur gap junctions selektivt passerar eller blockerar kemisk information. Tills nu, det var inte känt hur dessa kanaler skulle tillåta vissa meddelanden att passera mellan celler samtidigt som de specifikt blockerade andra.

Reichow sa att de detaljerade bilderna kan öppna dörren till förståelse, och potentiellt behandla, olika typer av sjukdomar som är förknippade med förlust av funktion i cellulär kommunikation som involverar gap junctions såsom grå starr, hjärtarytmi, stroke och vissa cancerformer.

"För närvarande finns det inget läkemedel på marknaden idag som specifikt kan blockera eller aktivera gap junction-proteiner, " Sa Reichow. "Men vår upptäckt kan en dag bana väg för utveckling av läkemedel som kan kontrollera hjärtsjukdomar eller andra sjukdomar som är förknippade med funktionsfel eller felaktiga regleringar av dessa proteinkanaler."

Nu när Reichow Lab har etablerat en metod för att karakterisera proteinerna, de försöker förstå nyanserna av hur kroppen använder gap junctions på olika sätt över vävnader och organ.