Celler fattar ständigt beslut som leder till differentiering. Till exempel fattar celler i ett embryo en rad beslut som avgör om de kommer att bli neuroner i vissa fall och muskelceller i andra. Hur fattar celler dessa beslut?

Forskare vid Texas A&M University och North Carolina State University avgör hur celler underlättar beslutsprocesser. Genom detta arbete hoppas de kunna mäta exakt koncentrationerna av specifika vitala signalproteiner i cellvävnader. Dessutom kommer de att använda mätningarna för att utveckla matematiska modeller som kan förutsäga och kontrollera celldifferentiering.

Denna studie publicerades nyligen i ACS Omega .

"Vi vill förstå differentieringsbeslut, så att vi i slutändan kan utnyttja dem", säger Dr. Gregory Reeves, docent vid Artie McFerrin Department of Chemical Engineering vid Texas A&M. "Vi är tekniska verktyg för att förstå celldifferentiering och beskriva processerna genom ekvationer. För att utföra dessa uppgifter måste vi förstå koncentrationerna av proteinerna i levande vävnader."

Det kan dock vara extremt svårt att bestämma koncentrationerna av nyckelsignalproteiner. För att bekämpa detta problem, samarbetade Reeves med North Carolina State University forskare som använde ett experimentellt och analytiskt ramverk för att utveckla mix-and-read-analyser. Blanda-och-läs-analyser innebär att kritiska reagenser placeras i kombination med en lyserad cell, vilket möjliggör luminescensdetektion om målproteinet är närvarande.

Forskarna använde sedan en proteinteknik för att skapa två proteiner som binder starkt till ett målprotein - i det här fallet lysozym. Dessa två proteinbindare är sammansmälta med två halvor av luciferas, ett enzym som skapar bioluminescens, som du skulle se hos en eldfluga.

"När målproteinet är bundet av de två konstruerade proteinbindarna, sammanför det de två halvorna av luciferas för att skapa bioluminescens, som vi kan använda för att ta mätningar," sa Reeves.

Forskare från Reeves labb analyserade en matematisk modell av denna metod för att förutsäga hur mycket bioluminescens som är resultatet av bindningshändelserna, vilket gör att de kan bestämma analysens känslighet. Detta kommer i sin tur att hjälpa forskare att få en djupare förståelse för hur och varför celler fattar differentieringsbeslut.

De bredare effekterna av denna studie inkluderar att använda denna teknik för att detektera närvaron av målproteiner, såsom antikroppar eller uppreglerade cancermarkörer, i ett cellulärt lysat.

"Andra applikationer, som vi kommer att använda i mitt labb, inkluderar att låta oss mäta några proteiner som inte kunde mätas tidigare i levande vävnader," sa Reeves.

Forskarna hoppas också kunna tillämpa dessa metoder ytterligare på andra klasser av molekyler som är svåra att upptäcka i levande vävnader, såsom mRNA.

Detta arbete är i samarbete med huvudförfattaren Nikki McArthur, tillsammans med Dr Balaji Rao, Dr Carlos Cruz-Teran och Apoorva Thatavarty från Institutionen för kemi- och biomolekylär teknik vid North Carolina State University. + Utforska vidare

Protein som kontrolleras av både ljus och temperatur kan informera cellsignalvägar