Nyopdaget mekanisme i celler kan regulere immunforsvaret – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Niels Bohr Institutet > Nyheder > Nyheder 2016 > Nyopdaget mekanisme i ...

21. december 2016

Nyopdaget mekanisme i celler kan regulere immunforsvaret

Biofysik:

Specielle proteiner har stor betydning for cellers funktion og spiller en vigtig rolle i immunforsvarets processer og effektivitet. Forskere fra bl.a. Niels Bohr Institutet har observeret, hvordan koncentrationer, der varierer i tid kan påvirke celler, og de har påvist eksistensen af en mekanisme, som på en ny måde kan kontrollere produktionen af proteiner, der sættes i forbindelse med bekæmpelse af sygdomme, heriblandt kræft og Alzheimers. Resultaterne er publiceret i det videnskabelige tidsskrift, Cell Systems

Mathias Heltberg, ph.d.-studerende og Mogens Høgh Jensen, professor i Biokompleksitet på Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet har påvist eksistensen af en mekanisme, som kan kontrollere produktionen af proteiner, der er essentielle for at undgå alvorlige sygdomme, heriblandt kræft og Alzheimers. (Foto: Ola Jakup Joensen)

Dannelsen af bestemte proteiner er helt afgørende for, hvordan levende organismer fungerer. Det har længe været påvist, at mange af de vigtigste proteiner varierer i koncentration i bestemte tidsintervaller. Man siger, at koncentrationen ’svinger’, men hvorfor har ikke været forstået før nu. Nu har forskere fra blandt andet Niels Bohr Institutet undersøgt det særlige protein, NF-kB, som dannes inde i cellerne, og som har stor betydning for kontrol af sygdomme. Proteinet regulerer omkring 200 gener, der er af vital betydning for funktionsforstyrrelser og immunforsvaret, og det er derfor helt afgørende for, at kroppen kan bekæmpe sygdomme som kræft, Alzheimers og diabetes.

I samarbejde med forskningsgrupper i Zürich og Chicago har forskere fra Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet undersøgt, hvad der sker inde i de enkelte celler, når de påvirkes udefra af proteinet, TNF (tumor necrosis factor), som er et såkaldt signalprotein, der fortæller cellerne, hvilke proteiner, der skal produceres, for at kroppen kan fungere som den skal.

Det særlige protein, NF-kB (blå), som dannes inde i cellerne, har en enorm betydning for kontrol af sygdomme. Proteinet, TNF (orange) tilsættes udenfor cellen i koncentrationer, der varierer som en bølge. TNF-proteinet påvirker dannelsen af NF-kB-proteinet inde i cellen, og forskerne målte samme udsving i dannelsen af NF-kB-proteinet inde i cellen som udsvingene i tilsætningen af TNF-proteinet udenfor cellen. De to svingninger blev synkroniserede og kan svinge på flere forskellige måder. (Credit: M. Høgh Jensen og M. Heltberg, NBI)

Udsving synkroniseres

”I eksperimentet tilsættes TNF-proteinet udefra på en måde, så koncentrationen varierer i tid ligesom en bølge. Dels fordi der er indikationer for, at det sker sådan i naturen, og dels fordi vi så kan måle, hvordan TNF-proteinet påvirker dannelsen af NF-kB-proteinet inde i cellen”, fortæller Mogens Høgh Jensen, professor i Biokompleksitet på Niels Bohr Instituttet ved Københavns Universitet.

Og forskerne registrerede en tydelig sammenhæng.

”Vi målte samme udsving i dannelsen af NF-kB-proteinet inde i cellen som udsvingene i tilsætningen af TNF-proteinet udenfor cellen. De to svingninger blev synkroniserede som penduludsving - ligesom den hollandske matematiker og fysiker, Huygens for 350 år siden beviste, at to pendulure, som var placeret i tilstødende rum, blev synkroniserede i deres penduludsving og svingede i takt. På samme måde påvirkede udsvingene udenfor og indenfor i cellen hinanden, og de blev simpelthen koblet sammen og svingede i takt. Dermed kan man styre produktionen af de vigtige proteiner, ved hjælp af fysikkens mekanismer”, forklarer Mogens Høgh Jensen.

I takt med, at signalhøjden for TNF-proteinet stiger, kan der opstå flere synkroniseringstilstande. Figuren viser, hvordan forskellige synkroniseringer af TNF-proteinet udenfor cellen og NF-kB-proteinet inde i cellen kan opstå som funktion af svingningerne af TNF. Credit: M. Høgh Jensen og M. Heltberg, NBI)

Kontrol af cellens gener

I eksperimenterne prøvede de også at forvirre cellerne ved at bringe dem i forskellige svingningstilstande.

”Vi fandt ud af, at hvis man lavede store nok udsving i TNF-proteinet, kunne man opnå forskellige svingningstilstande af NF-kB-proteinet inde i cellen, så synkroniseringen hoppede mellem udsving i enkelt takt og i dobbelt takt i dynamiske skift mellem de to tilstande. Der er selvfølgelig stadig en masse, vi ikke ved, men det kan give en helt ny mulighed for at kontrollere, hvilke proteiner der skal dannes. Det kan derfor have stor betydning for fremtidig forskning og bekæmpelsen af sygdomme”, fortæller Mathias Heltberg, ph.d.-studerende i Biokompleksitet på Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet.

De kunne på baggrund af disse svingningstilstande forudsige, hvordan cellen både kunne tilpasse produktionen af en lang række proteiner og samtidig på en meget simpel måde kunne kontrollere betydningen af de tilfældigheder, der altid er tilstedeværende.

Mogens Høgh Jensen og Mathias Heltberg pointerer, at dét de har fundet er, at man med denne mekanisme potentielt kan kontrollere cellens genetiske respons. Det kan have enorm betydning for, hvordan man bekæmper nogle af de mest krævende sygdomme, og hvordan fremtidig medicin kan udvikles for at stimulere immunforsvaret på den bedste måde.

Mogens Høgh Jensen, professor i Biokompleksitet på Niels Bohr Instituttet, Københavns Universitet, +45 3532-5371, mhjensen@nbi.ku.dk

Mathias Heltberg, ph.d.-studerende i Biokompleksitet på Niels Bohr Instituttet, Københavns Universitet, +45 2619-1889, mathias.heltberg@nbi.ku.dk