Nyheder‎ > ‎Fra forskningen‎ > ‎

Forskere ved Cambridge Institute for Medical Research ved University of Cambridge og Medical Research Councils Laboratorium for Molekylær Biologi (LMB) har draget fordel af revolutionære udvikling i mikroskopisk billeddannelse til at afsløre oprindelsen af leukæmi

indsendt 16. nov. 2015 09.31 af Niels Jensen   [ opdateret 16. nov. 2015 23.35 af Niels Jensen ]
Cryo-EM kort, der viser den store ribosomale underenhed (cyan), eIF6 (gul) og SBD'er protein (magenta), som er mangelfuld i den nedarvede leukæmiske lidelse Shwachman-Diamond Syndrom. Kredit: Alan Warren, University of Cambridge
Forskerne undersøgte bittesmå protein-producerende fabrikker, kaldet ribosomer, isoleret fra celler. De udnyttede forbedringer lavet på LMB til en høj-energi teknik til billeddannelse kendt som enkelt partikel cryo-elektronmikroskopi. Disse mikroskoper, som er i stand til at opnå en opløsning tæt på det atomare niveau, gjorde det muligt for forskerteamet at forbinde de molekylære oprindelser af en sjælden arvelig leukæmisk lidelse, "Shwachman-Diamond Syndrom" og en mere almindelig form for akut leukæmi til en fælles sti involveret i bygningen af ribosomer.  Forskningen, som er finansieret af blodkræft velgørenheds foretagenet Bloodwise og Medical Research Council (MRC), er offentliggjort online i tidskriftet Nature Structural and Molecular Biology.

Ribosomer er det molekylære maskineri i cellerne, der producerer proteiner ved 'oversætte' de instruktioner, der er indeholdt i DNA via et mellemliggende meddelelses molekyle. Fejl i denne proces er kendt for at spille en rolle i udviklingen af nogle knoglemarv sygdomme og leukæmier. Indtil nu har forskerne ikke været i stand til at studere ribosomer ved høj nok opløsning til at forstå præcis, hvad der går galt.

Ribosomer konstrueres i en række diskrete trin, som et samlebånd. Et af de sidste trin involverer frigivelse af en centralt element, der gør det muligt for ribosomet til at blive fuldt funktionsdygtigt. Forskerholdet har vist, at en beskadiget mekanisme bag dette grundlæggende sene trin forhindrer korrekt bygning af ribosomet. Dette giver en forklaring på, hvordan cellulære processer gå galt i både Shwachman-Diamond Syndrom og én i 10 tilfælde af T-celle akut lymfoblastær leukæmi. Denne form for leukæmi, som påvirker omkring 60 børn og unge teenagere hvert år i England, er sværere at behandle end den mere almindelige B-celle-form.

Resultaterne fra Cambridge forskerne, der samarbejdede med forskere fra University of Rennes i Frankrig, åbner mulighed for, at et enkelt lægemiddel designet til at målrette denne molekylære fejl kan udvikles til behandling af begge sygdomme. Professor Alan Warren, fra Cambridge Institute of Medical Research ved University of Cambridge, siger: "Vi er begyndt at opdage, at mange former for blodkræft kan spores tilbage til fejl i de grundlæggende husholdning processer under vores cellers modning. Banebrydende forbedringer i elektron mikroskoper baner vejen for skabelsen af et detaljeret kort over, hvordan disse sygdomme udvikles, på en måde, der aldrig før var mulig. "

Enkelt partikel kryo-elektronmikroskopi bevarer ribosomer ved minusgrader for at tillade indsamling og sammenlægning af flere billeder af modnende ribosomer i forskellige orienteringer som i sidste ende giver flere detaljer. Teknikken er blevet raffineret i MRC Laboratoriet for Molekylær Biologi ved udviklingen af nye »direkte elektron detektorer" for bedre detektering af elektronerne, hvilket giver billeder af en hidtil uset kvalitet. Metoder til at korrigere for stråle-induceret prøve bevægelser og nye klassificerings metoder, der kan adskille flere forskellige strukturer i en enkelt prøve er også blevet udviklet.

Dr. Matt Kaiser, forskningsleder ved Bloodwise, sagde: "Ny indsigt i biologi blodkræft og sygdomme, der har deres oprindelse i knoglemarven er kun blevet muliggjort af den nyeste teknologiske udvikling. Mens overlevelsesrater for børneleukæmi er forbedret dramatisk i løbet af årene, er denne særlige form for leukæmi sværere at behandle og stadig afhængig af giftig kemoterapi. Disse resultater giver håb om, at der kan udvikles nye, mere målrettede, behandlinger. "

Reference: Weis, F et al. Mechanism of eIF6 release from the nascent 60S ribosomal subunit. Nature Structural and Molecular Biology; 19 Oct 2015 - Læs mere: http://www.cam.ac.uk/research/news/new-microscopic-imaging-technology-reveals-origins-of-leukaemia#sthash.CSLIsf3p.SUcT16Og.dpuf

Ovenstående er oversat til dansk af Niels Jensen v.hj.a. at Google Translate fra den opringelige pressemeddelelse på http://www.cam.ac.uk/research/news/new-microscopic-imaging-technology-reveals-origins-of-leukaemia , som blev offentliggjort den 19. oktober 2015.

Efterfølgende har MDS DK Patientstøttegruppe spurgt en danske ekspert i elektronmikroskopi Eric Jensen, som er Ph.D. fra DTU Nanotech, hvad det nye i den metode forskerne her bruger er: Eric Jensen sagde: " For at se strukturen af forskellige biologiske komponenter plejede man at lave krystaller ud af dem og bruge x-ray spektroskopi. Hvis man kender strukturen ved man hvilke dele af komponenten som kan påvirkes. Der var en del komponenter som ikke kunne danne krystaller og så brugte man cryo-elektron mikroskopi. Her danner man mange tusinde af komponenterne og sætter dem i vand. En dråbe sættes på en tynd 3mm diameter kobber gitter med tynde karbon lag og blottes. Denne skive fryses så med over 10000 K/s (altså ekstrem hurtig nedkøling). Dette forhindrer vandet i at forme krystaller som ville ødelægge de biologiske komponenter og den amorfe is forhindrer komponenterne i at bevæge sig. Elektron mikroskopi bruges til at se på de tynde dele af isen. Her vil komponenterne have tilfældig orientering. Ved at tage mange billeder af alle de forskellige orienteringer kan man summere og danne en 3D struktur. Der er flere problemer med dette. Det første er skade fra elektronstrålen. Hvis man bruger for lang tid til at tage et billede skader man komponenterne og billedet bliver ubrugeligt. Den næste er opløsning. Mange af disse komponenter har strukturer som kræver sub-ångstrøm opløsning. For at opnå dette skal man bruge et elektronmikroskop med en speciel og dyr komponent: Cs corrector. Denne kompetent kan fjerne en del fejl i elektronstrålen som ellers ville forhindret opløsningen i at nå til det rette niveau. Den tredje er post processing. Man får dannet mange billeder og hvert billede har mange kopier af komponenterne i. En computer skal sortere og iterere for at danne de farvede 3D strukturer som er vist i artiklen."

"Det nye forskerne har gjort er: bedre software til at bruge mikroskopet og til at danne billederne og bedre elektron detektor. En Direct Electron Detector kræver signifikant mindre signal for at danne et billede hvilket betyder at man kan få meget bedre billeder med færre elektroner. En sådan detektor koster også omkring det samme som elektronmikroskopet og billederne fylder meget mere så man skal opgradere ens IT infrastruktur," siger Eric Jensen.