เส้นทางรถไฟ

แต่จนถึงขณะนี้ ยังไม่มีใครเข้าใจว่าเส้นทางรถไฟแต่ละสายเชื่อมต่อกันเป็นระบบรวมของ "ราง" ที่เคลื่อนไหวต่างกันสามประเภทได้อย่างไร โปรตีนที่เรียกว่าไมโครทูบูล (Microtubules) ซึ่งเป็นสายพานลำเลียงภายในเซลล์ และโปรตีนแอกตินและฟิลาเมนต์ระหว่างกลาง (intermediate filament) ซึ่งประกอบกันเป็นโครงกระดูกด้านใน ก่อตัวเป็นรางที่ตัดขวางเซลล์เป็นเส้นตรง ในวารสาร Cell ฉบับวันที่ 31 ต.ค. นักวิจัยจาก Rockefeller University และ Howard Hughes Medical Institute รายงานว่าโปรตีนที่เรียกว่า ACF7 (actin crosslinking family 7) สะสมตาม microtubules ที่กำลังเติบโตและเชื่อมต่อกับเครือข่ายเส้นใยแอกติน การเชื่อมต่อนี้ช่วยนำทาง microtubule ไปยังปลายทางที่เหมาะสมภายในเซลล์ "ตอนนี้เราไม่เพียงแต่รู้จักโปรตีนที่เชื่อมโยงไมโครทูบูลกับแอกตินแล้ว แต่เราค้นพบว่าโปรตีนนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง มีความสำคัญต่อชีวิตองค์กรของเซลล์" Elaine Fuchs, Ph.D., ศาสตราจารย์และหัวหน้านักวิจัยกล่าว ห้องปฏิบัติการชีววิทยาและพัฒนาการของเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่ Rockefeller และผู้ตรวจสอบที่ HHMI โปรตีนนี้เป็นหนึ่งในโปรตีนที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยพบในสิ่งมีชีวิตใดๆ และเนื่องจากโปรตีนมีความสำคัญต่อการพัฒนา Fuchs และเพื่อนร่วมงานของเธอจึงต้องใช้เทคนิคพิเศษ นั่นคือการเพาะเลี้ยง "เซลล์ที่น่าพิศวง" จากตัวอ่อนของหนูเมื่อมันมีขนาดเล็กกว่า ขนาดเท่าเข็มหมุด — เพื่อค้นหาว่าโปรตีนทำอะไรได้บ้าง "ด้วยโปรตีน ACF7 ไมโครทิวบูลจะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงตามกลุ่มแอกตินที่มีโพลาไรซ์ หากปราศจากโปรตีน พวกมันก็จะเดินอย่างไร้จุดหมาย มักจะวนเป็นลูป" Fuchs กล่าว นักวิทยาศาสตร์วางแผนการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับ ACF7 แต่ Fuchs กล่าวว่า "คุณสมบัติที่เราได้ค้นพบจนถึงตอนนี้สำหรับโปรตีนนี้จะทำให้น่าสนใจมากในอนาคตเพื่อตรวจสอบบทบาทของมันในกระบวนการซ่อมแซมเซลล์ปกติ เช่น บาดแผล การรักษา และในโรคที่เกิดจากความระส่ำระสายของเซลล์ เช่น มะเร็ง" ผู้เขียนคนแรกของการศึกษา Atsuko Kodama, MD, Ph.D., ผู้ช่วยในห้องปฏิบัติการ Fuchs กล่าวว่า ACF7 ทำหน้าที่เหมือน "ตัวเสริมแรงระดับโมเลกุลหรือตัวยึดรอง" เพื่อยึด microtubule และโปรตีน actin ไว้ด้วยกันและกำหนดทิศทางของ microtubule แต่น่าจะทำได้มากกว่านั้น เนื่องจากโปรตีนส่วนน้อยเท่านั้นที่เกี่ยวข้องในการจับกับโปรตีนไซโตสเกเลทัลทั้งสอง Kodama กล่าวว่า "โปรตีนขนาดยักษ์นี้มีศักยภาพมากมายสำหรับการทำงานที่ยังไม่ปรากฏชื่อ ซึ่งเราคาดว่าต้องมีความสำคัญต่อชีวิตของเซลล์" Kodama กล่าว ACF7 อยู่ในกลุ่มของโมเลกุลที่เรียกว่าโปรตีนสเปกตร้าพลาคิน ซึ่งพบในเซลล์ต่างๆ ตั้งแต่แมลงวันผลไม้และหนอน ไปจนถึงหนูและมนุษย์ Fuchs กล่าว ทางรถไฟ เนื่องจากห้องปฏิบัติการของเธอมีความเชี่ยวชาญในกระบวนการที่นำไปสู่การพัฒนาของผิวหนังและเส้นผม Fuchs ได้ศึกษาโปรตีน spectraplakin ที่เรียกว่า BPAG1 (bullous pemphigoid antigen 1) ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่ามีอยู่ในเซลล์ผิวหนัง การกำจัดยีน BPAG1 ในหนูทำให้เกิดข้อบกพร่องเล็กน้อยในผิวหนังเช่นเดียวกับการเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วของเซลล์ประสาทรับความรู้สึกในหนูทำให้สูญเสียการควบคุมแขนขาของสัตว์ ในบทความที่ตีพิมพ์ในวารสาร Journal of Cell Biology ในสัปดาห์นี้ Yanmin Yang อดีตเพื่อนร่วมงานของ Fuchs, MD, Ph.D. ซึ่งปัจจุบันอยู่ที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด ทีม Fuchs หันมาใช้ ACF7 เนื่องจาก ACF7 แสดงออกได้กว้างกว่าโดยเซลล์ ซึ่งบ่งชี้ถึงการทำงานที่เป็นสากลมากขึ้นสำหรับโปรตีน Fuchs กล่าวว่า ยีน ACF7 มีขนาดใหญ่มาก ซึ่งใหญ่กว่า BPAG1 ที่พบในผิวหนังชั้นนอกมาก ซึ่งนักวิจัยทั่วโลกต้องใช้เวลาหลายปีกว่าจะโคลนได้ เนื่องจากข้อจำกัดด้านเทคโนโลยี Fuchs กล่าว เมื่อทำการโคลนแล้ว เราสร้างแอนติบอดีต่อโปรตีนเพื่อค้นหาว่า ACF7 "ถูกจำกัด" ไว้ที่ใดในเซลล์ผิวหนัง ด้วยวิธีนี้ พวกเขาค้นพบว่ามันสะสมตามไมโครทูบูลและยังมีความสามารถในการจับกับเส้นใยแอกติน แต่ข้อมูลเชิงลึกนั้นไม่ได้อธิบายถึงบทบาทของโปรตีนที่ครั้งหนึ่งเคยผูกพันกับโปรตีนไซโตสเกเลทัล ดังนั้นทีมวิจัยจึงเริ่มสร้างหนูที่ "น่าพิศวง" ซึ่งขาดยีนที่ผลิตโปรตีน ACF7 ตัวอ่อนไม่สามารถอยู่รอดได้ในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา - ตัวอ่อนเป็นเพียงบลาสโตซิสต์ซึ่งมีขนาดใหญ่ไม่กี่ร้อยเซลล์ ดังนั้น ผู้ร่วมวิจัยของ Fuchs และผู้ร่วมวิจัย Iakowos Karakesisoglou, Ph.D. จึงสร้าง "เซลล์ที่น่าพิศวง" โดยการเติบโตของเซลล์จากบลาสโตซิสต์ที่ไม่แสดง ACF7 เซลล์นี้เป็นสารตั้งต้นของถุงไข่แดง ซึ่งเป็นเนื้อเยื่อที่ล้อมรอบเอ็มบริโอ ในการตรวจสอบว่าโปรตีน ACF7 ทำหน้าที่อะไร โคดามะได้แนะนำโปรตีนเรืองแสงสีเขียวที่ติดอยู่กับไมโครทูบูลทั้งในเซลล์น็อคเอาต์และเซลล์ปกติ จากนั้นเธอก็สร้างภาพยนตร์วิดีโอจุลทรรศน์ของเส้นเซลล์ทั้งสองขณะที่พวกมันเคลื่อนไปในจานเพาะเชื้อ Kodama กล่าวว่า "หากไม่มีโปรตีน ACF7 โครงร่างไซโตสเกเลตอนของแอกตินก็ดูปกติ แต่ไมโครทูบูลไม่รู้ว่าต้องไปที่ใด พวกมันไม่สามารถโยงเข้ากับแอกตินได้ และเดินไปทุกทิศทาง บางครั้งวนเป็นลูป" โคดามะกล่าว ในทางตรงกันข้าม เซลล์ปกติสร้าง microtubules ตรงขึ้น เธอกล่าว Alec Vaezi, MD ผู้เขียนร่วมกล่าวว่า "นี่เป็นการสาธิตอย่างชัดเจนถึงสิ่งที่สามารถเกิดขึ้นได้หากคุณทำให้โปรตีนหนึ่งตัวในเซลล์หลุดออกไป" การทดลองเพิ่มเติมแสดงให้เห็นว่าหากมีการขีดข่วนเข้าไปในชั้นเดียวของเซลล์น็อคเอาต์ เซลล์น็อคเอาต์จะไม่สามารถซ่อมแซมความเสียหายในลักษณะปกติได้ Fuchs กล่าวว่า "ถ้าคุณกระทบกระทั่งเซลล์ปกติ เซลล์เหล่านั้นจะจัดระเบียบ microtubule และโครงร่างโครงร่างโครงร่างโครงร่างโครงร่างโครงร่างโครงร่างโครงร่างโครงกระดูกใหม่ตามทิศทางของบาดแผล และเริ่มเดินขบวนไปที่ "บริเวณบาดแผล" และเติมเต็ม" Fuchs กล่าว "ในกรณีที่ไม่มี ACF7 เซลล์จะเริ่มจัดระเบียบโครงร่างไซโตสเกเลตอนของแอกตินใหม่ แต่ไมโครทิวบูลของพวกมันจะไม่จัดระเบียบใหม่ พวกมันเริ่มเดินเตร่และบางครั้งก็มุ่งหน้าไปทางอื่น" เธอกล่าว Fuchs กล่าวว่า "เซลล์เยื่อบุผิวมีการจัดระเบียบอยู่เสมอ พวกเขารู้ว่าด้านไหนขึ้น ด้านไหนลง เพื่อนบ้านของพวกมันคือใคร และทิศทางของพวกมันในเนื้อเยื่อเป็นอย่างไร" Fuchs กล่าว "ACF7 เป็นตัวอย่างแรกของโปรตีนที่สามารถช่วยประสานการทำงานและทิศทางของโครงร่างโครงร่างไซโตสเกเลตอนของแอคติน-ไมโครทูบูล และตอนนี้เรากำลังมองหาวิธีการควบคุมภายในเซลล์"