A szövetek tudják, hogy növekedniük kell edzés után. Ettől leszünk izmosabbak. A tudósok már korábban felfedezték, hogy az ilyen jellegű változások a sejtek erőérzékelő képességétől függenek, beleértve azokat a hatásokat is, amelyek a testmozgás során keletkeztek. De ez nem az egyetlen alkalom, amikor az emberi test erőnek van kitéve. A sejtek a szöveteinkben folyamatosan tolódnak és húzódnak minden irányban - írja Rachel Stewart, a Riken kutatóközpont fejlődésbiológusa a Massive Science tudományos portálon megjelent cikkében .
Valahányszor mozogni kezdünk - például sétálunk vagy biciklizünk - hatalmas erőt gyakorlunk a testünkre. Ez általában nem károsítja a sejtjeinket, de csak azért, mert a biztonsági mechanizmusaik ezt megakadályozzák, ellenállva ezeknek az erőknek. A bőrsejtek által használt hosszútávú biztonsági módszerek közül néhányat már korábban is tanulmányoztak, de sokáig nem volt világos, hogyan tudnak reagálni az őket érő erőkre, hogy megvédjék magukat. Most azonban a Helsinki Egyetem tudósainak egy csoportja, Sara Wickstrom vezetésével egy váratlan felfedezést tett . Egy olyan rendszerre bukkantak, amelyet a bőrsejtek használnak a DNS fizikai károsodásoktól való megóvására. Ha a sejteket nyomás éri, akkor elfedik DNS-üket, ezzel tompítva a beérkező hatást.
Fizikai behatásra megváltozik a fehérjék alakja és működése
Ha a számítógép billentyűit leütjük, az ujjunk hegyén torzulások jelennek meg, amelyek valóban megváltoztathatják a sejtek fehérjéinek alakját és akár azok aktivitását is. Például egy Piezo1 nevű fehérje érzékeli ezt a fajta erőt, és megváltoztatja a sejtekben lévő kalcium mennyiségét. Mivel a kalcium sokféle folyamatban részt vesz, ennek később hatása lehet a sejtek viselkedésére.
Ezek a bőrtorzulások elérik a sejtek felületét, és a hatásuk elér egészen a DNS-ig. Ha ezek a torzulások elég nagyok, akkor valóban szét tudják hasítani a DNS-t, ami mutációkat okozhat. Minél több mutáció halmozódott fel az egyes sejtekben, annál valószínűbb, hogy átalakulnak rákos sejtekké. Az volt a Wickstrom-csoport tanulmányának célja, hogy kiderítsék, hogyan kezelik a sejtek és szövetek az ilyen stresszes behatásokat anélkül, hogy károsodnának.
Korábbi vizsgálatoknál különféle mikroeszközöket alkalmaztak a tudósok a sejtek manipulálására vagy ingerlésére, de ezek a technikák általában nem alkalmasak arra, hogy egyszerre sok sejt viselkedését vizsgálják. Ehelyett a kutatók emberi bőrsejteket fogtak, és egyrétegű szövetet növesztettek belőlük. Ezt aztán, pontosabban a sejteket egy erre a célra épített eszközzel elkezdték ritmikusan egy irányba nyújtani.
Nyújtóeszköz segítségével felfedezték, hogy a bőrsejtek a DNS védelmében a hirtelen fizikai stresszre két különböző időskálán megjelenő válasz segítségével reagálhatnak. Az első, a gyors válasz közvetlenül a sejtmagon belül történt. A bőrsejtek ritmikus, mindössze 30 percig történő nyújtása elegendő volt ahhoz, hogy sejtmagjaik megpuhuljanak, ráncosodjanak és kocsonyásodni kezdjenek. Kate Miroshnikova, a projekt egyik vezetője szerint ez lehetővé tette a sejtek számára, hogy "eloszlassák a mechanikai stresszt, megakadályozva a DNS károsodását ". Kiderült, hogy ez a gyors válasz a Piezo1 fehérjétől függ, amely érzékelheti az erőket, és megváltoztathatja a sejtek kalciumszintjét.
A DNS tulajdonságainak megváltozása a magokban váratlan volt. A korábbi kutatások ugyanis azt mutatták, hogy amikor a sejteket merev anyagokon, például üvegen és műanyagon növesztik napokig vagy hetekig, magjaik merevebbé és kevésbé zselészerűvé válnak. Normális esetben ez befolyásolhatja a gének be- vagy kikapcsolását, ami hatással lehet a sejtek működésére. "A projekt kezdetén még nem számítottunk a genetikai anyag ilyen mértékű átrendeződésére a mechanikai nyújtás alatt. Még meglepőbb volt, hogy ezek a mély változások a genetikai anyag szervezetében nem a sejteken belüli génexpressziós minták módosítására történtek, sokkal inkább azért, hogy fizikailag lágyítsák a sejtmagokat, és deformálhatóbbá tegyék őket, ahelyett, hogy összetörnének. Ez a felfedezés teljesen váratlan és sokkal izgalmasabb volt" - jelentette ki Miroshnikova.
Védőháló a sejtmagoknak
A nyújtáshoz szükséges második, lassabb védekező reakcióhoz az aktin nevű sejtek belsejében hosszú szerkezeti láncokra volt szükség, amelyek segítenek összekapcsolni az egyes bőrsejteket. Ha a bőrsejteket hat órán át folyamatosan feszítették, az aktin valóban megnőtt. Ez idő alatt a szerkezeti aktinláncok megvastagodtak, a szövet egész szélességében egyfajta ütéselnyelő hálót képzett, és a sejtek megváltoztatták a pozíciójukat merőlegesen a nyújtás irányára. Ez segített abban, hogy "a teljes magot elszigeteljék az erő hatásától a szövet elrendezésének megváltoztatásával" - mondta a tanulmány vezetője. Ezt követően a magok visszatértek a nyújtás megkezdése előtti eredeti állapotukba. Ez megerősíti azt a felfogást, hogy az első, gyors válasz a ráncosodással egy olyan eszköz volt, amely ideiglenesen megvédte a DNS-t a káros hatásoktól.
A kutatók azt is be tudták mutatni, hogy ez a védelmi mechanizmus az embrionális fejlődés során is előfordul . Nemcsak az izolált sejtek - mint ebben a vizsgálatban -, hanem a fejlődő egerek sejtjei is védő maglágyulást és aktin lengéscsillapító képződést mutattak.
Lehetséges, hogy ez a védelmi rendszer létezhet más sejttípusokban és testszövetekben is. "Egy olyan fizikai világban élünk, amelyben minden szövetünk minden sejtje állandóan mechanikai erőknek van kitéve. Valahányszor lélegezünk és beszélünk, vibrációs erők hatnak a szájüregben, és a tüdőnk kitágul. Minden alkalommal, amikor a szívünk dobog, a mechanikus erők továbbterjednek az ereket körülvevő izomsejtek és endoteliális sejtek felé. Valahányszor sétálunk, futunk vagy a könyökünket behajlítjuk, erőt gyakorlunk az ízületeinkre és a porcban lévő kondrocitákra . Így az általunk feltárt elvek nagy valószínűséggel széles körben alkalmazhatók sok más szövetre és különféle betegségekre, például a rákra is. Jelenleg aktívan tanulmányozzuk ezt" - mondta Miroshnikova.
