Lust auf eine Veränderung: Zelle Motilität entscheidend für Entwicklung

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Zellen sind ständig in unserem Körper migrieren. Weißen Blutkörperchen hetzen, um einen Ort der Infektion. Haut Zellen rally um eine Wunde zu reparieren. Und wenn man von Krebs befallen ist, diese Zellen metastasieren und Reisen zu entfernten Organen. Für eine Zelle, von seinen ursprünglichen Platz und Reisen zu lösen, müssen sie ihre Identität ändern – eine Frage der neue Gene für Ausdruck einschalten. Um vorherzusagen, welche Gene regulieren Zelle Motilität beim Menschen, Michelle Starz-Gaiano, Entwicklungs Biologe an der University of Maryland, Baltimore County, erwies sich als ein Insekt, deren Gene ähnlich wie bei uns mindestens 70 Prozent sind – der Fruchtfliege.

Als ich ihr Labor erfahren Sie mehr über ihre Arbeit besuchte, war von Anfang an unser Interview Starz-Gaiano Begeisterung für ihr Fach klar. "Zelle Migration ist erforderlich, um ein Ei in eine schöne Organismus wachsen. So zu verstehen, wie jede Zelle bewegt sich für Verständnis Entwicklung von entscheidender Bedeutung ", sagte sie. "Es ist faszinierend, darüber nachzudenken, wie Zellen, was ich, als ein sehr komplexer Organismus Schwierigkeiten zu tun tun können habe, wie Suche nach Richtung und wird auf Zeit," sagte sie mit einem Lachen.

Starz-Gaiano Studien mit finanzieller Unterstützung von der National Science Foundation und die March of Dimes, wie Zellen in Fruchtfliege Ei Kammern bewegen. Wenn selbst die Fruchtfliege Ei zur Befruchtung vorbereitet, müssen einige Zellen für ihre Arbeit benötigen, neue Standorte reisen. Starz-Gaiano konzentriert sich auf die Zellen, deren Aufgabe es ist, eine "Tür" für die Spermien Galant zu bauen. Befruchtung hängt der Erfolg ihrer Migration und die Tür Bildung.

Vorderen Sitzreihe

Starz-Gaiano auf Zelle Motilität während der Eientwicklung begonnen an der Johns Hopkins University School of Medicine mit Denise Montell, Direktor des Center for Cell Dynamics. Sie wählten Fruchtfliegen als Modell wegen der enormen Anzahl der Genforschung Werkzeuge zur Verfügung von einem Jahrhundert der Fruchtfliege Forschung. Da das Insekt Gewebe transparent sind, konnten die Wissenschaftler auch vordere Sitzreihe zu molekularen Szenen nutzen.

"Eine Menge dessen, was wir über die Zellwanderung kannten kam aus der Beobachtung von Zellen in einer Petrischale zu bewegen." Aber nicht sagen, dass uns die Beziehung zwischen Gewebe und Einzelzellen,"sagte Starz-Gaiano. So Montells Gruppe eine Möglichkeit erarbeitet, die dramatische Migration mit Zeitraffer-Bildgebung, die einen 10-Sekunden-Film von dem, was produziert beobachten, in Echtzeit, eine zweistündige Veranstaltung wäre. Eine Kombination von Fruchtfliege Eizellen bewegt sich in ihrer normalen Umgebung und die live-Imaging-Methode ergab die Komplexität einer Skala des Lebens für das bloße Auge unsichtbar.

Starz-Gaiano saß auf dem Rand ihres Stuhls, bereit, um technische und versteckt ihren kurzen blonden Haaren hinter ihr Ohr. "Kann ich Ihnen einige PowerPoint-Folien zeigen?", fragte sie. "Es ist schwer, nur in Worten zu erklären." Mit Bildern, Diagrammen und ein Zeitraffer-Video entwirrt sie Stufen acht bis zehn entwickelnden Fruchtfliege Ei.

In der Schwärze ist eine zarte Tropfenform von Zellen. Halbes Ei ist die Eizelle, die einzelne Zelle, zu teilen und zu wachsen in einem Nachkommen. Die andere Hälfte besteht aus 15 Krankenschwester Zellen, deren Aufgabe ist es, die Eientwicklung kümmern. Etwa 600 bis 900 Epithelzellen, regelmäßiger Form, steif und eng miteinander verbundenen pad die Außenwand. Sie bilden schließlich die Eierschale.

Kletterer

Aus der Eierschale Gruppe sind zwei polaren Zellen und sechs bis acht ihrer Nachbarn dabei, ihr Schicksal zu ändern. Sie werden cluster, Reise in die Eizelle und bauen die kleine Tür für das Sperma.

Die polaren Zellen haben keine beweglichen Fähigkeit, so dass sie die umliegenden sechs bis acht Zellen rekrutieren müssen, um diese Grenze und entführen sie. Wenn es Zeit ist zu gehen, Signal das Paar ein, ein Zytokin-ähnlichen Proteins zu ihren Nachbarn. Eine aufwendige Signalweg findet innerhalb der Empfänger das Slbo (ausgesprochen langsam-Bo) gen zum Ausdruck bringen. Und voila, die in der Nähe Epithelzellen beginnen ihr neue Leben als Grenze Zellen.

Sie umhüllen fest die beiden polaren Zellen wie Bodyguards. Die Kletterer Reisen unisono, Longieren und Aufrasten auf einem molekularen Griff nach dem anderen. Ein Klettverschluss-Like Protein ermöglicht es ihnen, festhalten und Loslassen von der Autobahn aus Filamenten. Das Blob dreht und Zellen abwechselnd führt. Sie arbeiten zusammen, unerbittlich, Schultern durch Krankenschwester Zellen auf dem Weg. Über das mikroskopische Gelände kann nichts schief gehen. Trotzdem sind sie fast immer es.

Jahrelange Arbeit im Labor ermöglichen Starz-Gaiano und ihre Kollegen zu beginnen, um die Signalwege zu verstehen, die diese Veranstaltungsreihe zu regulieren. "Es ist interessant, wie einzelne Moleküle komplexe Verhaltensweisen kontrollieren können. Migration hat wirklich eng reguliert werden, um herauszufinden, und es klappt so viel von der Zeit."

Signalweg

Unter der molekularen Checks and Balances ist was eine JAK/STAT-Signalweg genannt hat. Bei eine nahe gelegenen Zelle das erste Signal von der polaren erhält Zelle, zwei Enzyme benannt JAKs, oder Janus Kinasen, aufwachen. Dann rufen die JAKs über zwei STAT Moleküle, kurz für Signalwandler und Aktivator der Transkription. Sobald die STATs Paaren, ist ihr Job, die DNA zu finden und gezielt das ruhende Slbo gen für Ausdruck. Auf diese Weise steuert JAK/STAT die Aktivierung der Motilität in Grenze Zellen.

Der JAK/STAT-Signalkaskade ist bekannt bei Säugetieren, vor allem für seine Rolle bei der Blutbildung – der Prozess der Stammzellen zu Blutkörperchen. Darüber hinaus hat hoher STAT Aktivität mit mehr invasiven Krebsarten, wie Eierstockkrebs korreliert.

Wenn Dr. Starz-Gaiano UMBC Labor was STAT regelt erforschte, konzentrierten sie sich auf zwei verschiedene Gene in den Zellen der Grenze gefunden. Einer ist das Apontic-gen, welches die STAT Aktivität unterhalb einer bestimmten Schwelle, stoppen weitere Zellen aus herläuft und eine Verlangsamung der Gruppe ausschaltet. Das zweite ist das socs36E-gen, welches die Bewegung durch die Unterdrückung der Cytokine signaling stunts.

"Wir sind in der Lage, die Fruchtfliege Gene durch Verlust der Funktion Experimente zu studieren", erklärte sie. "Durch Sperrung eines Gens und beobachten, was schief geht, können wir seine Rolle in der Entwicklung verstehen. Zum Beispiel, wenn Sie Brot backen und die Hefe weglassen, Brot nicht das. Sie können feststellen, dass die Hefe Aufgabe ist es, das Brot steigen. Wir taten das gleiche mit Genen und Proteinen in fliegen."

Arbeit im Labor

Sie führte mich aus ihrem Büro und den Labors, wo eine Handvoll Studenten und Doktoranden entfernt unter ihrer Leitung gearbeitet. "Salma will wissen, wie wir hier in der Nähe nichts!", verkündete sie lächelnd.

Katie, Laborantin, saß auf einer Bank in einem Mikroskop. Ihr Ohrknospen übertönt das laute mechanische Summen in den Raum mit Musik. Sie wurde Inspektion Fruchtfliegen bewusstlos durch Kohlendioxid in das Pad legen sie auf gepumpt. Während sie schlief, konnte sie die unbegatteten Weibchen herausgreifen. Ein Plakat an der gegenüberliegenden Wand als Leitfaden gedient. Reihen von fliegen modelliert unterschiedliche physikalische Eigenschaften, die untere Reihe zeigt, wie Männer und Frauen aussehen.

Starz-Gaiano eröffnet Inkubatoren, mir zu zeigen, Regale gefüllt mit klaren Fläschchen ordentlich beschriftet. Innerhalb der einzelnen schwärmten fliegt jeden Alters, aus winzigen Larven zu Erwachsenen. Sie Leben von Maismehl und Melasse. "Wir wachsen kleine Familien mit den gleichen Mutationen." Katie kehrt die Fläschchen einmal im Monat in neue Nahrung." Jede mutierte Linie, wie man ohne STAT Aktivität muss in einer separaten Phiole erhöht werden.

Jinal, ein Bachelor-Student, Riss, die weiblichen Eierstöcke mit einer Reihe von Zangen und ließ sie in ein Rohr von Flüssigkeit. Eine dauerhafte Exoskelett die fliegen Körper intakt gehalten. Später, würden die Zellen von Interesse fluoreszent markiert werden.

Nach der Sortierung, sezieren und Färbung kam den Spaß Teil – die Eiern mit einem zusammengesetzten Epifluorescent Mikroskop untersucht. Die riesige Maschine enthält eine Komponente, die den Betrachter einen dicken Gewebe ein Querschnitt zu einem Zeitpunkt anschauen kann. Es ermöglicht auch live Bildgebung. Auf dem angrenzenden Computerbildschirm Starz-Gaiano um geklickt und schöne Aufnahmen von Ei Kammern aufgewachsen, jeweils durch ihre leuchtenden Neon-Farben angezeigt.

Der Professor wies darauf hin, wie ihr Labor war nicht nur ein Labor, es war ein Arbeitsplatz. "Die Studenten in meinem Labor werden ausgebildet durch die NSF-Zuschuss. Menschen bewusst nicht immer, dass die Finanzierung nicht nur für die wissenschaftliche Forschung bietet, aber es schafft auch Arbeitsplätze für viele Menschen."

Wie die Cluster von polar und Grenze Zellen, das Labor Orientierungssinn war akut, ihre Teamarbeit bewundernswert. Sie zogen mit einem gemeinsamen Ziel zu erkunden grundlegende Fragen wie Zellen Reisen, das menschliche Immunsystem, Stammzellen und sogar Krebs besser zu verstehen.

Starz-Gaiano zeigte mir ein letztes Foto, staunen über die Art und Weise Zellen in einem dritten Ei könnte extrem klebrig, aber Reisen mit Agilität. Trotz der Antworten, die sie bisher gefunden hatten, gab es noch viel zu lernen über die kleinste Einheit des Lebens. "Wie navigieren Zellen einer sich ständig wandelnden Umfeld? Wie verstehen sie was Zeit um zu gehen und wohin Sie gehen?"fragte sie sich laut. "Es ist nur, ich denke, ein Wunder."

Anmerkung der Redaktion: Dargestellt, die Forscher in Behind the Scenes Artikel von der National Science Foundation, der Bundesagentur mit der Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik unterstützt wurden. Meinungen, Erkenntnisse und Schlussfolgerungen oder Empfehlungen ausgedrückt in diesem Material sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von der National Science Foundation. Sehen den Blick hinter die Kulissen Archiv.