Cellekommunikation på formel – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Niels Bohr Institutet > Nyheder > Nyheder 2009 > Cellekommunikation på ...

22. september 2009

Cellekommunikation på formel

Dyr og planter har brug for at vide, hvad der sker rundt omkring i deres organisme. Til det er der brug for et organiseret kommunikationssystem, så kroppen eller planten ved, hvad der foregår helt ud i de enkelte celler. Celler kan kommunikere med hinanden ved hjælp af signalstoffer, men hvordan gør de det? Det har forskere på Niels Bohr Institutet nu beregnet en teoretisk dynamisk model for. Resultaterne er offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Physical Review Letters.

Det er efterhånden velkendt, hvordan generne indeni cellerne reguleres, og man har kortlagt et antal af genetiske kredsløb lige fra hvordan der tændes og slukkes for egenskaber og hvordan feedback-reaktionerne fungerer. De to mest kendte eksempler er det netværk, der reagerer på betændelse og det system, der sørger for, at syge celler begår ’selvmord’ og fjernes fra kroppen.

Men alle de beslutninger, der bliver taget inde i cellerne, kan være helt afgørende afhængige af nabocellerne og det omgivende miljø.

Rumlig cellekommunikation

Celler fra fedtvæv, som ligger tætpakket. De røde
linjer viser, hvilke celler, der kommunikerer med
hinanden. Typisk kommunikerer en celle stærkest
med nabocellerne. Disse vekselvirkninger danner
et 'gitter', og kommunikationen sker ofte gennem
bølgeudbredelse.

”Vi ville derfor gerne studere cellekommunikation og lave en teoretisk model, der tydeligt tog den rumlige beliggenhed af forskellige celler i betragtning”, fortæller Mogens Høgh Jensen, professor i forskningsgruppen Biokompleksitet på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet.

Udgangspunktet var to helt forskellige cellemiljøer – hvor cellerne ligger helt tætpakket ved siden af hinanden så cellemembranerne direkte berører hinanden, og en cellevæske, hvor cellerne flyder spredt rundt. Forskningen er et samarbejde mellem mikrobiologer, der laver de biologiske forsøg med cellerne og fysikere, der beregner matematiske modeller for cellekommunikationen.

Når det drejer sig om tætpakkede celler, viser mikrobiologernes forskning, at der ligefrem dannes kanaler i cellemembranerne, hvor den ene celle kan sende direkte besked via signalstoffer til den anden celle. Men spredes beskeden bare jævnt fra nabocelle til nabocelle, eller er der er et spredningsmønster? De satte biofysikerne sig for at opklare.

Velordnede netværk
Biofysikerne Mogens Høgh Jensen, Sandeep Krishna og Simone Pigolotti konstruerede en matematisk model for, hvordan signalstofferne spredes, og hvordan cellerne reagerer på det. Deres model viser, at der dannes et meget velordnet netværksmønster for, hvordan signalstofferne bevæger sig i en tætpakket cellekultur.

”Det er altid sådan, at cellerne ’taler’ med sin nærmeste nabo, og det starter med, at signalstofferne spredes udad. Derefter opstår der et mønster med en meget velordnet struktur, som spredes i bølger. Bølgerne går ikke kun frem, men også tilbage til de oprindelige celler”, forklarer Mogens Høgh Jensen. I nogle særtilfælde kunne der dog også opstå kaotiske, næsten panik-agtige spredninger.

Modelberegningerne for miljøer med spredtliggende celler, viser, at her sender cellerne signalstofferne ud i miljøet, hvor de bevæger sig rundt indtil de når en celle, som signalstoffet så trænger ind i, hvorefter cellen sender beskeden videre ud i det omgivende miljø. Her går kommunikationen meget langsommere end i de tætpakkede cellekulturer.

Inden for biologien ved man utroligt meget om cellekommunikation, siger Mogens Høgh Jensen og fortæller, at de nye biofysiske modeller er en begyndelse til at systematiser cellernes kommunikationssystem. Den viden kan bruges til medicinsk forskning.

Physical Review Letters >>