فناوری پیشرفته ای که اعماق سلول را نشان می دهد - دکترای اقتصاد

سلول های بدن ما در حال حرکت هستند. آن ها از نقطه ای به نقطه دیگر بدن می فرایند تا زخم ها را التیام بخشند و با عوامل بیماری زا مبارزه نمایند.

آنها این کار را اصطلاحا با پاهای کوچک که در بخش جلویی سلول وجود دارد انجام می دهند که به آنها پای لایه(lamellipodia) نیز گفته می گردد.

این بخش از سلول به جلو کشیده شده و به سطوح متصل می گردد در حالی که سایر قسمت ها در امتداد آن حرکت می نمایند. درون این پاها شبکه متراکمی از رشته های پروتئینی در هم تنیده وجود دارد که رشته های اکتین نامیده می شوند و اسکلت سلولی سلول را تشکیل می دهند. تا به امروز معین نبود که چگونه کمپلکس Arp2 ، 3(مجموعه ای از هفت پروتئین مرکزی برای ایجاد تحرک سلول)، رشته های جدید اکتین را از آنهایی که از قبل وجود داشته اند ساخته و شبکه های متراکم و منشعبی ایجاد می نماید که باعث ایجاد برآمدگی مورد احتیاج سلول برای حرکت می گردد.

فلورین فابلر(Florian Fäßler)، فوق دکترا در گروه تحقیقاتی پروفسور فلوریان شوور(Florian Schur) در موسسه IST اتریش، شرح می دهد:

تا به امروز دانشمندان باید تصمیم می گرفتند که قصد دارند ساختار Arp2 ، 3 را در چه زمانی آنالیز نمایند. یک گزینه آن بود که آن را به طور مجزا آنالیز نمایند. زمانی که مجموعه پروتئینی در ترکیبی غیرفعال واقع شده است و بنابراین درک نحوه تشکیل شبکه پروتئینی امکان پذیر نیست. برای آنکه Arp2 ، 3 به طور کامل فعال گردد باید آن را به رشته های اکتین متصل کنیم. این امر مستلزم استفاده از روشی به نام توموگرافی(برش نگاری) الکترونی است که باعث کاهش وضوح تصویر می گردد. داده های به دست آمده از برش نگاری قبلی که در آن Arp2 ، 3 در یک لوله آزمایش با اکتین ها ترکیب شده بود نادرست بودند و در نتیجه امکان تشخیص قطعی مکان قرارگیری عناصر به طور جداگانه وجود نداشت.

زیست شناس مولکولی، فلوریان شوور(Florian Schur)می گوید: برای دو سال است که وی در کوشش برای یافتن راهی است که این مجموعه پروتئین را در محیط طبیعی خودش به تصویر بکشد تا بتوان ساختارهای آن را به صورت جداگانه و دقیق آنالیز کرد. حالا او پیروز شده است و توانسته از پای لایه های (lamellipodium) سلول موش در ساختار فعال متصل به اکتین تصویر برداری کند.

وی گفت: ما با خود گفتیم که در حال رفتن به درون سلول هستیم. محیطی بسیار پیچیده تر زیرا در این محیط چیزی بیشتر از رشته های پروتئین و اکتین وجود دارد اما این تنها راهی بود که می توانستیم این شبکه سلولی را به گونه ای حفظ کنیم که بتوان ساختار آن را مشاهده کرد.

این امر با دمای منفی 196 درجه سانتیگراد امکان پذیر شد. در عرض چند میلی ثانیه، محققان نمونه ها را منجمد کردند. بسیار سریع تر از آنکه بلورهای یخ که باعث از بین رفتن ساختارهای خوب سلول می شوند توانایی تشیکل شدن داشته باشند. سپس آنها برای تصویربرداری از سلول ها از زوایای مختلف با استفاده از توموگرافی الکترونیکی کرایوcryo-electron) (tomography یکی از قدرتمندترین میکروسکوپ های الکترونی کرایو که تنها یک نمونه از آن در اتریش موجود است استفاده کردند. با انجام این کار، این گروه داده های کافی برای بازسازی تصویر سه بعدی بیش از 10000 مجموعه Arp2 ، 3 در حالت فعال جمع آوری کردند.

آنهادر کنار تصویر برداری پیشرفته، یک مدل سه بعدی از Arp2 ، 3 را با وضوح کمتر از یک نانومتر ایجاد کردند. برای مقایسه اندازه این مدل می توان به ضخامت موی انسان که حدود 50000 نانومتر است اشاره نمود.

فلوریان فابلر(Florian Fäßler) می گوید: ما اکنون قادر به توصیف نسبتاً دقیق ساختار پروتئین و زیر واحدهای آن و نحوه تشکیل شبکه رشته اکتین در داخل پای لایه(lamellipodium) سلول های قبلی هستیم.

شوور(Schur) اضافه کرد: پنج سال پیش، احتمالاً هیچ کس فکر نمی کرد که این کار انجام گردد.

با توجه به این روش پیشرفته، گروه تحقیقاتی می تواند مدل قبلی را که دارای اتصالات بسیار بیشتری بین رشته های درهم تنیده Arp2 ، 3 و اکتین بود رد کند. با این حال، دانشمندان جنبه های دیگری از چگونگی تنظیم این مجموعه پروتئین و تشکیل رشته های جدید اکتین را تأیید کردند.

با این فناوری، دانشمندان دیگر اکنون می توانند نحوه کار و فعالیت های مهم این مجموعه پروتئینی را در نقش های متعدد آن فراتر از تحرک سلول و ایجاد بیماری درک نمایند.

شور(Schur) با اشتیاق می گوید: ما تا آنجا که می شد با روش های موجود و وضوح تصاویری که داشتیم با این نمونه پیچیده کار کردیم.

با تصاویر واضح فعلی، ما بینش های بیولوژیکی جدیدی به دست آورده ایم و همچنین پیشرفتی در علم روش شناسی که نشان می دهد چنین امکانی وجود دارد داشته ایم.

فلورین فابلر اکنون می خواهد برای تجسم سایر پروتئین ها، این روش را حتی بیشتر بهبود ببخشد و آنالیز کند که این روش تا چه اندازه به ما اجازه می دهد درون سلول را ببینیم.

شوور می گوید: ما به تازگی توانایی میکروسکوپ توموگرافی الکترونی کرایو را درک نموده ایم.،ایسنا