Instytut Podstawowych Problemów Techniki
Polskiej Akademii Nauk

Aktualności

Zapraszamy do zapoznania się z najnowszymi wynikami prac badawczych prowadzonych przez mgra inż. Piotra Topolewskiego pod kierunkiem dra hab. Michała Komorowskiego, prof. IPPT PAN, które zostały opublikowane na łamach prestiżowego czasopisma naukowego Science Signaling:

“Phenotypic variability, not noise, accounts for most of the cell-to-cell heterogeneity in IFN-γ and oncostatin M signaling responses” Science Signaling 2022

Celem prac badawczych naszych naukowców było poznanie przyczyn generowania przez komórki ludzkie i mysie różnych odpowiedzi na odbierane sygnały, a więc lepsze zrozumienie funkcjonowania komórkowych szlaków sygnałowych. Szukając odpowiedzi Autorzy zastosowali metodologię matematyczną w połączeniu z pomiarami eksperymentalnymi przeprowadzonymi w pojedynczych komórkach.

Miliardy komórek naszego organizmu komunikują się ze sobą, aby w sposób skoordynowany zwalczać zagrożenia takie jak wirusy lub aby organizm mógł prawidłowo się rozwijać. Komunikacja ta przebiega poprzez ciągłe wysyłanie i odczytywanie sygnałów w postaci cząsteczek biochemicznych, np. cytokin, regulujących procesy zapalne. Komórki odbierają impulsy za pomocą wyspecjalizowanych receptorów usytuowanych w błonie komórkowej. Receptory, po otrzymaniu komunikatu uruchamiają wewnątrz komórki kaskadę reakcji biochemicznych prowadzącą do wygenerowania odpowiedniej odpowiedzi na przekazany sygnał. Komórki, które są identyczne genetycznie nie odpowiadają w ten sam sposób na ten sam sygnał a generowane odpowiedzi są stosunkowo różnorodne. Naukowcy zakładają, że różnorodność odpowiedzi ma dwa źródła: różny skład biochemiczny poszczególnych komórek oraz czysto losowe efekty reakcji biochemicznych wewnątrz komórki. Aby rozróżnić pomiędzy tymi dwoma źródłami heterogeniczności należałoby zbadać odpowiedzi komórek z identyczną zawartością molekularną, wówczas różnorodność odpowiedzi komórek z taką samą zawartością molekularną byłaby wynikiem losowości wewnątrz komórek. Jeśli odpowiedzi komórek byłyby losowe to ich zdolność do percepcji bodźców zewnętrznych byłaby ograniczona.

„Przeprowadzenie eksperymentu badawczego z komórkami o identycznej zawartości molekularnej i sprawdzenie, czy reagują tak samo na podany bodziec, jest niemożliwe do wykonania, bo nie ma dwóch identycznych biochemicznie komórek. Żywe komórki zmieniają się w każdej chwili, są produkowane i degradowane enzymy czy inne białka regulatorowe, oraz zachodzą w nich przemiany metaboliczne. W związku z tym, przeprowadziliśmy eksperyment na komórkach dwujądrzastych i jedną komórkę z dwoma jądrami potraktowaliśmy jako przybliżenie dwóch komórek z identycznym składem molekularnym. Następnie komórki te zastymulowaliśmy cytokinami, czyli cząsteczkami sygnalnymi układu odpornościowego. Odpowiedzi w obu jądrach okazały się bardzo podobne. Stąd nasz wniosek, że obserwowana w naturze zmienność w odpowiedziach na ten sam sygnał wynika głównie z tego, że komórki mają różny skład biochemiczny. Zawartość molekularna komórki wydaje się determinować stosunkowo dokładnie jej odpowiedź na bodziec zewnętrzny. Percepcja świata zewnętrznego przez komórki jest więc dość precyzyjna, ale ponieważ każda komórka jest inna, to widzi ten świat w trochę inny sposób” – wyjaśnia mgr Piotr Topolewski.

schemat komórek

Ilustracja: Schemat tworzenia i obrazowania komórek dwujądrzastych. Komórki zostały wstępnie zabarwione na dwa kolory (zielony lub czerwony) tak aby po fuzji połączone komórki zawierały oba barwniki (żółty kolor) pozwalając zidentyfikować fuzję i zmierzyć odpowiedź komórek w obrazowaniu mikroskopowym (pasek skali 20 μm)

 

„Pytanie do jakiego stopnia odpowiedzi komórek są losowe, mimo że jest inspirowane ciekawością, ma praktyczne aspekty. Lepsze zrozumienie sygnałowania komórkowego może przyczynić się do efektywniejszego projektowania strategii terapeutycznych. Zaburzenia w procesach przesyłania sygnałów występują w wielu chorobach, w tym chorobach nowotworowych oraz przewlekłych chorobach zapalnych, a ingerencja w te procesy leży u podstaw działania wielu leków. Konstruując te leki, początkowo zakładano, że aktywacja konkretnego receptora i konkretnego szlaku sygnałowego prowadzi do konkretnej odpowiedzi komórki, a zatem jej farmakologiczna blokada lub aktywacja powinna wywołać precyzyjną zmianę w zachowaniu komórki. W praktyce jednak leki, zaprojektowane według tej koncepcji, okazały się dużo mniej skuteczne niż tego oczekiwano” ‒ opowiada prof. Michał Komorowski.

Obaj naukowcy prowadzą badania w Zakładzie Biosystemów i Miękkiej Materii IPPT PAN. Prof. Michał Komorowski jest matematykiem i bardzo doświadczonym już specjalistą w zakresie sygnalizacji komórkowej oraz teorii informacji. Mgr inż. Piotr Topolewski jest biotechnologiem i przygotowuje się do obrony pracy doktorskiej. Obecnie kierują pracami badawczymi w ramach dwóch projektów IPPT PAN:

  1. „Odszyfrowywanie sygnalizacji biochemicznej w celu projektowania bardziej skutecznych strategii terapeutycznych”, FNP, POIR, kierownik: Michał Komorowski
  2. „Wyjaśnianie źródeł międzykomórkowej zmienności odpowiedzi na interferon gamma”, NCN, PRELUDIUM, kierownik: Piotr Topolewski.

 

Zespół badawczy prowadzony przez prof. Michała Komorowskiego poszukuje postdoca zainteresowanego pracą nad tymi zagadnieniami. Więcej informacji: sysbiosig.org




Podziel się artykułem:
Kategoria A Plus

IPPT PAN

logo ippt            ul. Pawińskiego 5B, 02-106 Warszawa
  +48 22 826 12 81 (centrala)
  +48 22 826 98 15
 

Znajdź nas

mapka
© Instytut Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk 2022