Links Yiaoyu Yang aan het werk (?). Daarnaast Yang met Caleb Bashor (afb: Jeff Fitlow/Riceuniversiteit)
Biotechnologen hebben een opzet ontwikkeld voor het creëren van een soort kunstmatige ‘signaalroutes
‘. Ze denken daarmee een ‘baanbrekende’ methode te hebben gekregen om de celhuishouding te beïnvloeden in, bijvoorbeeld, ziektes. De (mijn=as) grote vraag is hoe praktisch zo’n ‘bouwpakket’ is voor de bestrijding van ziektes.
“Stel je kleine processoren, gemaakt van eiwitten, voor in cellen die kunnen ‘beslissen’ hoe ze moeten reageren op bepaalde signalen zoals ontstekingen, tumorkenmerken of bloedsuikerspiegels”, zegt Xiaoyu Yang van de Amerikaanse Rice-universiteit. “Dit onderzoek brengt ons een stuk dichter bij de mogelijkheid om ‘slimme’ cellen te maken die ziektes kunnen ontdekken of onmiddellijk als reactie een behandeling starten.”
Het ‘bouwpakket’ van de onderzoekers is gestoeld op fosforylering, een natuurlijke proces dat cellen gebruiken in reactie op veranderingen in hun omgeving. In dit proces krijgen bepaalde eiwitten een extra fosfaatgroep (voor scheikundige geesten onder ons: PO4-3) toegevoegd. Dat komt in een hele reeks celprocessen voor zoals bij het afscheiden van bepaalde stoffen, in reactie op een ziekteverwekker of als een bepaald gen actief wordt.
In meercellige organismen is zo’n fosforyleringssignalering vaak een meertrapsproces, waarin de ene stap de volgende activeert. Er is al geknutseld aan dat mechanisme voor therapeutische doeleinden, maar dat bleek geen sinecure, vanwege de complexiteit.
Nu hebben Yang en de zijnen het over een andere boeg gegooid. Elke stap in de fosfyleringscascade is een aparte eenheid. Die eenheden kunnen gekoppeld worden, waardoor nieuwe routes ontstaan die inkomende en uitgaande signalen (kunnen) koppelen.
“Dat geeft je een hoop meer manoeuvreerruimte”, zegt medeonderzoeker Caleb Bashor. “Fosfyleringsstappen zijn niet alleen verbonden, maar ook uitwisselbaar. Dat is voor zover wij weten niet eerder gedaan. Zo konden we circuits maken die niet alleen regelbaar zijn, maar die ook tegelijk kunnen functioneren met de gewone celprocessen zonder die of de groei te verstoren.”
Opgetogen
Yang: “We hadden niet verwacht dat de kunstmatige signaalroutes, die bestaan uit synthetische eiwitten, zo werkzaam zouden zijn als de natuurlijke signaalroutes in mensencellen. Het behoeft geen betoog dat we opgetogen waren dat dat wel zo was.” Dat heeft een hoop bloed, zweet en tranen gekost, moet hij toegeven.
De modulaire doe-het-zelfaanpak van het ontwerp van celcircuits bleek in proeven in staat om zwakke invoersignalen te versterken. Een voordeel van de nieuwe aanpak bij het ontwerpen van synthetische fosfo-signaleringscircuits dat ze snel reageren, in minuten of zelfs seconden. Eerdere ontwerpen van synthetische circuits gebaseerd op verschillende moleculaire processen zoals transcriptie, hadden vaak vele uren nodig om in actie te komen, aldus de onderzoekers.
Ze onderzochten de circuits ook op gevoeligheid en het vermogen om te reageren op externe signalen zoals ontstekingsfactoren. Om het potentieel ervan te bewijzen, ontwierpen Yang c.s. een celcircuit dat deze factoren kan detecteren en kan worden gebruikt om auto-immuunaanvallen te onderdrukken en de giftigheid van immuuntherapieën kan verminderen.
“Ons onderzoek bewijst dat het mogelijk is om programmeerbare circuits in menselijke cellen te bouwen die snel en nauwkeurig reageren op signalen. Het is het eerste (praktische? as) idee voor een bouwpakket voor het ontwerpen van synthetische fosforyleringscircuits,” zegt Bashor.
De (mijn=as) grote vraag is natuurlijk hoe je die synthetische signaalroutes in de cellen krijgt die er toe doen. Dat lijkt mij geen simpele opgave. Bovendien lijkt het me beter zieke cellen zo te veranderen dat ze weer hun normale functies opnemen of die te verwijderen dan die vol te stoppen met synthetische ‘organellen’. Ik zie, maar dat zeg ik natuurlijk als volslagen leek, weinig in de therapeutische (genezende) kant van deze aanpak, wel op het terrein van fundamenteel onderzoek.
Bron: Science Daily