iPon Cikkek

Sejtfogócska

Dátum | 2014. 01. 26.
Szerző | Jools
Csoport | EGYÉB

Az alábbi videót megtekintve érdekes hajszának lehetünk tanúi: egy sárga sejt „üldözi” egy sötétebb társát, követve annak minden mozdulatát. A mikroszkopikus fogócska során a két sejt magára hagyva körbe-körbe kergetőzik, a szakértők viszont úgy vélik, hogy amennyiben sok sárga és fekete sejt kerülne egy helyre, a sárgák lassacskán hosszú csíkokba rendeznék a feketéket. Az Oszakai Egyetem két kutatója, Jamanaka Hiroaki és Kondo Sigeru szerint ennek a folyamatnak köszönheti a zebradánió a csíkjait. A különleges mintázat tehát több száz sejt kergetőzésének eredménye.
Az állatok különféle mintázatainak kialakulásáról 1952-ben Alan Turing jelentetett meg egy nagyhatású tanulmányt. Turing ráérzett, hogy a látszólag véletlenszerűen elrendezett vonalak és foltok jól megfogalmazható matematikai törvényszerűségek eredményei, amelyek során egyetlen paraméter megváltoztatása egészen eltérő jellegű mintát eredményez. Modelljében két kémiai anyag együttes működésével magyarázta a természetes mintázatok kialakulását. A két ágens eltérő diffúziós konstanssal rendelkezik, és egyikük az aktivátor, a másik pedig az inhibitor szerepét tölti be. A két anyag aztán egymás működését szabályozva, a sejtek pigmentációját befolyásolva eredményezi a minták kialakulását. Turing reakció-diffúzió mechanizmusa egy elvont matematikai modell, az elmúlt évtizedek során azonban úgy tűnt, hogy számos állati mintázat keletkezésére magyarázatot adhat. Kondo és társai több jelentős felfedezést is tettek az állatok mintázatainak kialakulásával kapcsolatban. 1995-ben igazolták, hogy a bársony császárhal csíkjai az egyedek növekedése során egyre távolabb kerülnek egymástól, és az új csíkok a régiek közti szélesedő résben bukkannak fel. 2007-ben azt sikerült kimutatniuk, hogy a zebradánió képes ugyan hiányzó bőrsejtjeinek pótlására, az új sejtek által formált mintázat azonban eltérő lesz az eredeti verziótól. 2010-ben fekete alapon fehér pöttyös és fehér alapon fekete pöttyös halakat kereszteztek, bizarr, labirintusszerű mintázattal rendelkező hibrideket hozva létre. Mindezen felfedezések azt sugallják, hogy a mintázatok nem valamiféle kőbe vésett terv szerint alakulnak, hanem egy folyamatosan változni képes, dinamikus rendszer eredményei, ahogy azt Turing elképzelte.
Rövidesen aztán váratlan fordulat következett be a kutatási területen. Több különböző csoport is tanulmányozni kezdte a zebradániók egy mutáns formáját, amelyek zebracsíkok helyett leopárdszerű pöttyökkel rendelkeznek. Sikeresen azonosították azokat a géneket, amelyek a furcsa mintázatért felelnek, egyik esetben sem sikerült azonban olyasfajta produktum jelenlétét kimutatni, mint amilyen a Turing-mechanizmus két diffúz ágense. A gének olyan fehérjéket szintetizáltak, amelyek a sejtmembránba ágyazva látják el feladatukat. Felmerült tehát, hogy talán nem is valamiféle molekulák, hanem maguk a sejtek mozognak a minták kialakítása során. Az ötlet tesztelése érdekében Jamanaka és Kondo kétféle pigmentsejtet gyűjtött be a zebradániók uszonyából: fekete melanofórákat és sárga xantofórákat. Magukban mindkét sejttípus tagjai véletlenszerű irányokba mozognak, amikor azonban a kutatók összekeverték a sárga és fekete sejteket, valami egészen hihetetlen dolog történt. A sárga xantofórák hirtelen sokkal energikusabbak lettek, és ujjszerű nyúlványaikkal kinyúltak a fekete sejtek felé. Amikor megérintették ez utóbbiakat, a melanofórák összerántották magukat, és a sárga sejtekkel ellentétes irányba mozdultak el. A xantofórák ezzel a módszerrel ide-oda kergették a fekete sejteket, mely utóbbiak egy hajszálnyival mindig gyorsabbak maradtak, így egy végeláthatatlan fogócska alakult ki a mikroszkóp lencséje alatt. A hajsza a valóságban persze sokkal lassabb, mint ahogy felvételen látszik, hiszen a fekete sejtek 50 mikrométer szélesek, és óránként 2 mikrométer megtételére képesek, vagyis egy nap alatt még a saját testhosszuknak megfelelő utat sem képesek megtenni.
A kutatók szerint, amikor a bőrben zajlik le mindez, a sárga sejtek együttes erővel tartják kordában a fekete sejtek tömegét, éles sávokat rajzolva ki a halak bőrén. De mi történik a nem csíkos változatokban? Az úgynevezett jaguármutánsok valójában elmosódott, kevésbé definiált csíkokkal rendelkeznek, mivel ezekben a sárga és a fekete sejtek közti interakció kevésbé erőteljes. A xantofórák nem vonzódnak annyira a melafórákhoz, a melanofórákat pedig jóval kevésbé taszítja a xantofórák jelenléte. Ennek eredményeként a kétfajta pigmentsejt nem válik szét olyan élesen, mint a nem mutáns változatokban. A leopárdmutánsok esetében a fekete sejtek egyáltalán nem menekülnek a sárgák elől, hanem éppen ellenkezőleg: vonzódnak ezekhez. A magukban álló melanofórák rövidesen elpusztulnak a xantofórák „ölelésében”, a véletlenszerűen elhelyezkedő fekete sejtcsoportok viszont képesek túlélni. Így alakul ki a sárga alapon fekete pöttyös minta. Első pillantásra az egész elgondolás nagyon eltérőnek tűnik attól, amit Turing megfogalmazott. A színképződést gátló és gerjesztő molekulák vándorlása helyett maguk a színes sejtek mozognak. Vannak ugyanakkor hasonlóságok is. Turing modelljében a két molekula egymással is kölcsönhatásba lépett, és eltérő volt a diffúziós sebességük. A sárga és fekete sejtek szintén interakciókba kerülnek egymással, és eltérő sebességgel mozognak.
Számos kérdés vár megválaszolásra az eddigiekkel kapcsolatban. Miért vonzódnak a sárga sejtek a feketékhez? Mi taszítja a melanofórákat a xantofórákban? Hogyan változtatják meg a jaguár- és a leopárdmintázat hátterében álló mutációk ezen sejtek viselkedését? Mi az oka annak, hogy egy fekete és egy sárga sejt kergetőzése csaknem minden esetben az óramutató járásával ellentétes irányban zajlik? És ami talán a legfontosabb: hogyan működik ez a fogócska élesben, vagyis a halak bőrében? „Kondo és társai modelljében a xantofórák és a melanofórák kezdetben véletlenszerűen helyezkednek el. Ehhez hasonló állapotot azonban a halak fejlődése során semelyik időszakban nem sikerült megfigyelni” – mondja Christiane Nüsslein-Volhard, Nobel-díjas kutató, aki többek közt az állati mintázatok kialakulásával is foglalkozik. Saját kutatócsoportja ráadásul kimutatta, hogy a zebradánió bőrében egy harmadik fajta pigmentált sejt, az iridofóra is jelen van, amelyet a japán kutatók teljesen figyelmen kívül hagytak vizsgálódásaik során. Nüsslein-Volhard mindennek ellenére nagyon értékesnek tartja a kutatást, hiszen Kondo és kollégái egyrészt kidolgoztak egy hatásos módot a pigmentált sejtek begyűjtésére, másrészt eddig ismeretlen tényekre derítettek fényt ezek interakcióival kapcsolatban. A tanulmány tehát sok kérdést vet fel, ugyanakkor számos új eszközt is biztosít ezek jövőbeli megválaszolásához.
Új hozzászólás írásához előbb jelentkezz be!