Kun Barcelonassa työskentelevä postdoc katsoi mikroskoopilla kirkkaiden, pallomaisten klustereiden läpi, kukaan ei osannut odottaa, että hän olisi todistamassa kehon yleisimmän proteiinin rikkovan vuosikymmeniä vallinneita solubiologian oletuksia.
Kollageenia on pitkään kuvattu jäykäksi molekyyliseksi kaapeliksi – kovaksi sauvaksi, joka pakkautuu säikeiksi antaen iholle, luulle ja jänteille niiden vetolujuuden. Tämä kuva pätee solun ulkopuolella. Mutta solun sisällä, missä kollageeni syntyy, uusi elävien solujen kuvantaminen Barcelonan genomisen säätelyn keskuksesta (CRG) paljastaa toisen todellisuuden: kollageeni kokoontuu pehmeiksi, nestemäisiksi pisaroiksi, jotka ajelehtivat, sulautuvat ja hajoavat ikään kuin öljy vedessä.
Löydöllä ei ole vain esteettistä merkitystä. Se ratkaisee vanhan koon ongelman. Puhdistettu kollageeni voi venyä satoja nanometrejä pitkiksi, kun taas proteiineja kuljettavat vesikkelit erittymisteitse ovat vain muutamia kymmeniä nanometrejä leveitä. Miten suuret sauvat mahtuivat pienten kuljettajien läpi? Ehkä eivät lainkaan. Sen sijaan esiasteprokollageeni – erityisesti tyyppi I, joka muodostaa suurimman osan kehon kollageenista – näyttää muodostavan kondensaattimuodostelmia endoplasmisessa retikulumissa (ER), tiivistyneitä nestekompartimentteja, jotka käyttäytyvät kuten pisarat.
Ihmisen maksasoluja, joissa näkyy kollageenipisaroita solun sisällä (vihreät klusterit), paikallaan TANGO1-proteiinin avulla (magenta), ja soluvälin kollageenisäikeet ympäröivänä verkostona. Solujen tumat on värjätty sinisiksi.
Kun näitä pisaroita katsoo tarkemmin, ne osoittavat klassista kondensaattikäyttäytymistä: ne virtaavat, yhtyvät, ja vaihtavat molekyylejä ympäristönsä kanssa. Ne rekrytoivat tiettyjä chaperoneja, jotka tunnistavat oikein laskostuneen kollageenin, eivät virheellisesti laskostunutta roskaa, joka on tuhoon tuomittua. Toisin sanoen nämä ovat toiminnallisia pakkausyksiköitä, eivät jätetiloja.
Tämä havainnointi pakotti tiimin ajattelemaan uudelleen, miten kollageeni viedään solusta. Jos kollageeni on pisara eikä jäykkä sauva, sitä ei tarvitse kiirehtiä pieneen vesikkeliin. Tutkijat ehdottavat "nestemäisen puristuksen" mallia: kuvittele viskoosi kollageenipisara ER:n ulostulokohdan reunalla. Fyysiset voimat – kapillaarinen virtailu tai puristuksen kaltainen siirto – voivat antaa nestefaasin virrata aukon läpi seuraavaan kompartmenttiin. Yksinkertaista fysiikkaa, sovellettuna biologiaan.
TANGO1, proteiini, joka löydettiin samassa laboratoriossa kaksi vuosikymmentä sitten, astuu tarinaan kiinnitysvaijerin roolissa. Kun TANGO1 poistetaan, pisarat muodostuvat edelleen, mutta ne eivät enää sijaitse siellä missä kuorma lähtee ER:stä, ja eritys heikkenee. Tämä viittaa siihen, että TANGO1 ei toimi klassisena reseptorina, joka tarttuu yhteen molekyyliin; se näyttää ankkuroivan koko pisaran ulostulokohdassa, jotta kondensaatti voi levitä ja siirtyä eteenpäin.
Mikroskoopin kuva, joka johti löydökseen, näyttää maksasoluja, jotka tuottavat runsaasti kollageenia, ja pisaramaisia rakenteita näkyvissä vihreänä.
Solun sisällä kollageeni on taipuisaa – nestemäinen kondensaatti eikä valmiiksi muodostunut säie.
Tässä kuvassa on eleganssia. Nestemäinen tila suojaa solua. Jos kollageeni polymeroitui jäykiksi säikeiksi ER:n sisällä, se tukkii tehtaan ja tappaisi solun. Pidättelemällä prokollageenia nestemäisenä ja eristettynä solu voi turvallisesti järjestellä hyvin suurta rakenteellista kuormaa, kunnes se saavuttaa soluvälitilan, jossa jäykiksi säikeiksi kokoontuminen on suotavaa ja elämää ylläpitävää.
Seuraukset ulottuvat perusuteliaisuuden yli. Fibroosi – olipa kyse maksasta, keuhkoista tai ihosta – ja tietyt syövät riippuvat liiallisesta kollageenin kertymisestä. Kasvaimet rakentavat tiheitä kollageenimatriiseja, jotka suojaavat syöpäsoluja kemoterapialta ja immuunijärjestelmän hyökkäyksiltä. Jos kollageenin vienti riippuu pisaroista ja niiden vuorovaikutuksesta TANGO1:n kanssa, uusia terapeuttisia kohteita avautuu: destabiloi kondensaattia, häiritse ankkurointia tai estä puristusta. Kaikki toistaiseksi hypoteettista, mutta lupaavaa.
Barcelonan tiimi on varovainen. Nestemäisen puristuksen ajatus on hypoteesi, joka perustuu kuvantamiseen ja biofysiikkaan; siirtoa itseään pitää vielä visualisoida suoraan ja vahvistaa kokonaisissa kudoksissa. Seuraavat askeleet ovat selkeät: laajentaa kokeet hiirimalleihin, tarkkailla kollageenin vientiä elävässä kudoksessa ja tutkia, muuttaako pisaroiden muodostumisen häirintä fibroosia tai kasvaimen jäykkyyttä.
Tiede etenee joskus muuttamalla tapaa, jolla kuvitamme asioita. Kuuden vuosikymmenen ajan kollageenista on ollut mielikuva köydestä. Nykyään tuo köysi näyttää enemmän pisaralta – pehmeältä, järjestäytyneeltä pakkaukselta, joka antaa soluille mahdollisuuden hoitaa työnsä ilman itsesabotaasia. Jos tämä näkemys pitää paikkansa, se avaa uuden näkökulman sairauksiin, jotka perustuvat kollageenin liikatuotantoon, ja esittää yksinkertaisen, modernin kysymyksen: voimmeko irrallistaa biologiaa kohdistamalla fysiikkaan?
"Olen biologi ja intohimoni on luonnon monimuotoisuus. Genomissa kirjoitan uusimmista tutkimuksista ja ympäristönsuojelusta."
Keskustelu
Jätä kommentti
Kommentit
Ei vielä kommentteja. Ole ensimmäinen.