_ Cum poate structura celulei duce la probleme de sănătate

Corpul uman produce 2 milioane de globule roșii pe secundă. Fiecare trăiește timp de 120 de zile și petrec acest timp făcând zoom complet în jurul corpului la fiecare 20 de secunde, transportând oxigenul din plămâni către alte țesuturi și aducând înapoi dioxidul de carbon care este expirat.

Velia M. Fowler, profesor și director al Departamentului de Științe Biologice de la Universitatea din Delaware, vă poate spune aproape totul despre arhitectura acelor celule.

Celulele în formă de disc au două gropițe, câte una pe fiecare parte și sunt perfect simetrice când se află în repaus. În fluxul sanguin, se deformează și se pliază în mod flexibil pentru a trece prin capilare înguste mai mici decât sunt, revenind la forma lor originală biconcavă atunci când ies.

„Întotdeauna mi-a plăcut forma celulelor roșii pentru că este atât de frumoasă. ”, a spus Fowler. „Întotdeauna am vrut să-mi dau seama cum funcționează.”

Laboratorul lui Fowler de la UD studiază arhitectura celulei și modul în care schelele structurale interioare ale fiecărei celule își creează forma unică, rezistența mecanică și funcțiile fiziologice. Această schelă este făcută dintr-o proteină numită actină, care se adună în filamente (F-actină) care seamănă cu un fir elicoidal de margele. Spre deosebire de schelele structurale din clădiri, actina F din celule este dinamică, cu subunități de actină, „mărgele”, care se aprind și se desprind din filament în fiecare secundă.

F-actina este un regulator cheie al celulelor celulare. arhitectura și modul în care formele celulare adecvate susțin funcțiile celulare, potrivit lui Fowler. Dereglarea actinei F poate duce la modificări ale formei și biomecanicii celulelor, care pot contribui la o serie de boli, inclusiv tulburări de sânge, imunodeficiențe, miopatii musculare, cataractă, prezbiopie, osteoporoză, osteoartrita și tendinoză.

laboratorul studiază modul în care schela dinamică F-actină creează anumite forme de celule și modul în care aceasta contribuie la funcționarea normală sau la disfuncția celulelor. Cercetarea se concentrează pe celulele roșii din sânge, pe celulele din cristalinul ocular și pe celulele din sistemul musculo-scheletic.

„Încercăm să înțelegem locațiile structurilor F-actinei [în interiorul celulelor], ale acestora. organizații dinamice, forme și gradienți de concentrare și modul în care contribuie la funcțiile celulelor. Îmi place pur și simplu această interacțiune", a spus Fowler.

Fowler și echipa ei examinează două aspecte diferite ale F-actinei în roșu celule sanguine: cum precursorii celulelor roșii din sânge își rearanjează actina F pentru a scăpa de nucleul lor, permițând celulelor mature să circule de mai multe ori prin capilarele minuscule; și modul în care F-actina se adună într-o rețea subțire la nivelul membranei (pielea) celulei și interacționează cu o proteină motorie numită miozină pentru a controla forma și flexibilitatea celulei.

Lucrul cu lentila oculară studiază modul în care F. -structurile de actină din celulele cristalinului contribuie la transparența cristalinului și la focalizarea pentru vedere. Cercetarea în celulele osoase, cartilajelor și tendonului examinează modul în care structurile F-actină sunt menținute pentru a preveni problemele în sistemul musculo-scheletic. Ultimul lucru este realizat cu Centrul Delaware pentru Centrul de Cercetare Musculoscheletală.

Impactul larg al F-actinei în celule a fost unul dintre motivele pentru care studenta de doctorat în inginerie biomedicală Heather Malino s-a alăturat laboratorului lui Fowler. Ea a fost atrasă de aspectul fundamental al cercetării, mai degrabă decât să se specializeze în soluții practice la probleme de sănătate, cum ar fi protezarea.

„A afla despre fenomenul biologic fundamental care se întâmplă poate fi cu adevărat plină de satisfacții, deoarece te uiți la procesele celulare și moleculare”, a spus ea. „Aflați ceva despre lentilă, dar celulele sunt celule. Deci, lucrurile pe care le-am învățat despre lentilă pot fi, de asemenea, mai cuprinzătoare pentru diferite procese din organism.”

Lucrarea se bazează pe descoperiri inovatoare legate de rețeaua F-actină pe care Fowler le-a făcut de-a lungul carierei sale de 40 de ani. În calitate de coleg post-doctoral, Fowler a fost primul care a descoperit miozina în celulele roșii din sânge. Fără motoarele de miozină care trag de rețelele F-actină pentru a crea tensiune, precursorii globulelor roșii nu ar fi capabili să genereze suficientă forță pentru a-și expulza nucleul, iar celulele mature nu ar fi capabile să reziste ciclurilor repetitive de deformare, pliere și desfășurare. necesare pe durata vieții lor.

Ea a descoperit, de asemenea, o proteină necunoscută anterior numită tropomodulină. Tropomodulina oprește capetele F-actinei să crească sau să se micșoreze, stabilizându-le la o anumită lungime. Când filamentele au aceeași lungime, rețelele pe care le creează atunci când se leagă de alte proteine ​​din diferite tipuri de celule sunt mai puternice și mai stabile. Dacă filamentele au lungimi diferite, rețelele sunt neregulate și mai slabe din punct de vedere mecanic, iar formele celulelor sunt anormale.

Fowler a arătat că funcția tropomodulinei este critică pentru dezvoltarea inimii și a celulelor sanguine și pentru funcționarea corectă a multor celule și țesuturi, inclusiv cristalinul ochiului, neuronii din creier, celulele epiteliale care căptușesc intestinul, celulele endoteliale care căptușesc vasele de sânge, precum și trombocitele, globulele roșii. Este necesar pentru o contracție musculară eficientă atât a mușchilor scheletici, cât și ai cardiaci.

„Am început cu o moleculă care avea o funcție într-un țesut și am crezut că funcția trebuie să se întâmple în aceste alte țesuturi”, ea. a spus. „Am conectat punctele.”

Recent, Fowler a făcut parte dintr-o echipă care a descoperit că o mutație a proteinelor tropomodulină care împiedică funcționarea corectă a proteinei provoacă o cardiomiopatie moștenită severă la copii. Aceasta este prima dată când funcția proteinei este direct legată de bolile de inimă la oameni. Cercetarea a fost publicată în jurnalul Communications Biology.

Fowler a fost recent recunoscut ca membru pe viață în 2023 al Societății Americane a Biologilor Celulari (ASCB), parțial pentru munca sa asupra tropomodulinei. Ea este unul dintre cei 19 oameni de știință din întreaga lume care au primit onoarea în acest an. Societatea include cercetători de top din domeniu și numără ca membri câțiva câștigători ai Premiului Nobel.

„Dr. Fowler a avansat în înțelegerea întrebărilor fundamentale din biologia celulară”, Jia Song, profesor asociat de științe biologice, a spus în scrisoarea ei de nominalizare a lui Fowler pentru premiu. „Lucrarea ei revoluționară, publicată în peste 140 de articole de cercetare, a avansat semnificativ înțelegerea funcției citoscheletice a actinei în arhitectura și comportamentul diferitelor celule.”

(Fluierul)