Μελέτη αποκαλύπτει πώς ο NF-κB ρυθμίζει την έκφραση γονιδίων στα κύτταρα

Για να εμβαθύνουν στην ποσοτική κατανόηση της λήψης αποφάσεων από τα κύτταρα, ο Δρ. Γκρέγκορι Ριβς και η ομάδα του από το τμήμα χημικής μηχανικής εργάστηκαν πάνω στην ερμηνεία του τρόπου με τον οποίο ένας μεταγραφικός παράγοντας επηρεάζει την αλλαγή της γονιδιακής έκφρασης στα κύτταρα.

Η σημασία του NF-κB στην κυτταρική λειτουργία

Η εργασία της ομάδας, η οποία δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο Science Advances, επικεντρώνεται σε μια πρωτεΐνη που ονομάζεται Dorsal, η οποία είναι μια εκδοχή του πυρηνικού παράγοντα-κB (NF-κB) – ενός κρίσιμου μεταγραφικού παράγοντα που ελέγχει τις κυτταρικές διαδικασίες και τη λήψη αποφάσεων, ρυθμίζοντας παράλληλα την ανοσία και την ανάπτυξη των κυττάρων.

Ο NF-κB εμπλέκεται σε πολλές ιατρικά σημαντικές κυτταρικές συμπεριφορές, όπως η φλεγμονή, η έμφυτη ανοσία και η επούλωση πληγών. Αυτή η βαθύτερη κατανόηση θα μπορούσε να επιτρέψει την παρέμβαση στις κυτταρικές διαδικασίες, καθώς σφάλματα στη δραστηριότητα του NF-κB μπορούν να οδηγήσουν σε ασθένειες, όπως ο καρκίνος.

Δημιουργώντας έναν χάρτη ρύθμισης γονιδίων

Ο NF-κB έχει διάφορες καταστάσεις μέσα στον πυρήνα του κυττάρου. Μπορεί να συνδεθεί με το DNA, να συσσωρευτεί και να είναι ενεργός ή ανενεργός. Η ομάδα του Ριβς έχει δείξει ότι η ρύθμιση των γονιδίων συμβαίνει σε αυτό το επίπεδο. “Μπορούμε να διακρίνουμε μεταξύ των μορίων που κινούνται αργά και αυτών που κινούνται γρήγορα, καθώς και αυτών που δεν κινούνται καθόλου,” δήλωσε ο Ριβς. “Χρησιμοποιούμε μια μέθοδο φασματικής διακύμανσης που μας δείχνει πόσο κινείται το Dorsal.”

Ο στόχος είναι να δημιουργηθεί ένας χάρτης που να συσχετίζει την ποσότητα του Dorsal στον πυρήνα με την ποσότητα που είναι δεσμευμένη στο DNA. Αυτή η κατανόηση μπορεί να οδηγήσει σε προβλέψεις σχετικά με το πώς να χειριστούμε αυτή τη διαδρομή για θεραπευτικούς σκοπούς.

Αξιολόγηση και εφαρμογές της έρευνας

Χρησιμοποιώντας ειδικές τεχνικές απεικόνισης για να προσδιορίσουν τις διαφορετικές καταστάσεις του Dorsal στο κύτταρο, η ομάδα μπόρεσε να αποκτήσει μαθηματικά μοντέλα που αντικατοπτρίζουν μια ακριβή εικόνα της ποσότητας του Dorsal που συνδέεται με το DNA, καθώς και της ποσότητας που είναι συσσωρευμένη. Στις προηγούμενες μελέτες, η ομάδα του Ριβς είχε μόνο στιγμιότυπα από την απεικόνισή τους. Αποφάσισαν να παρακολουθήσουν τα κύτταρα για μεγαλύτερη διάρκεια.

Η εργασία τους περιλαμβάνει πολλαπλές κλίμακες μήκους και χρόνου, επιτρέποντάς τους να αποκτήσουν μια πανοραμική άποψη του μηχανισμού που συνδέει το Dorsal με το DNA. “Όταν εξετάσαμε πόσο Dorsal κινείται ελεύθερα, φάνηκε ότι ήταν ανεξάρτητο από την ποσότητα που υπήρχε στον πυρήνα,” πρόσθεσε ο Ριβς. “Αυτός ο χάρτης θα αποκαλύψει την ελεύθερη ποσότητα του Dorsal στον πυρήνα. Μόλις τον δημιουργήσουμε, άλλοι θα μπορούν να τον χρησιμοποιήσουν για να προχωρήσουν στην κατανόηση της ρύθμισης των γονιδίων.”

Η σχέση μεταξύ της ποσότητας του NF-κB στον πυρήνα και της ποσότητας που εκτελεί τη λειτουργία του στο DNA γίνεται σαφής όταν εφαρμόζονται αυτές οι μέθοδοι. Αυτό επέτρεψε στον Ριβς και την ομάδα του να αξιολογήσουν διάφορα μέρη των εμβρύων. Διαπίστωσαν ότι η ποσότητα του NF-κB που είναι ελεύθερη να κινηθεί παραμένει σταθερή σε διάφορα μέρη του εμβρύου, ενώ η ποσότητα που είναι δεσμευμένη στο DNA δεν είναι σταθερή. Αυτό σημαίνει ότι η σχέση μεταξύ των δύο δεν είναι γραμμική. “Με αυτή τη γνώση για το πώς το Dorsal αλληλεπιδρά με το DNA, έχουμε καλύτερη κατανόηση του πόσο θα χρειαστεί να ενεργοποιήσουμε τη διαδρομή NF-κB, αν χρειαστεί να παρέμβουμε για θεραπευτικούς σκοπούς,” δήλωσε ο Ριβς.