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La technique neuve peut mesurer le procédé métabolique au niveau unicellulaire

Métabolisme cellulaire de compréhension - comment une cellule emploie l'énergie pourrait être principale à traiter une grande sélection des maladies, y compris les maladies vasculaires et le cancer.

Tandis que beaucoup de techniques peuvent mesurer ces procédés parmi des dizaines de milliers de cellules, les chercheurs ont ne pu pas les mesurer au niveau unicellulaire.

Les chercheurs à l'université de l'école de Pritzker de Chicago de la Division moléculaire de bureau d'études et de sciences biologiques ont développé une technique combinée de représentation et d'apprentissage automatique qui peut, pour la première fois, mesurer un procédé métabolique aux niveaux cellulaires et subcellulaires.

Utilisant un biocapteur génétiquement codé appareillé avec l'artificial intelligence, les chercheurs pouvaient mesurer la glycolyse, le procédé de transformer le glucose en énergie, des cellules endothéliales uniques, les cellules qui rayent des vaisseaux sanguins.

Ils ont constaté que quand ces cellules déménagent et se contractent, elles emploient plus de glucose, et elles ont également constaté que glucose de prise de cellules par un récepteur précédemment inconnu. La compréhension de ce procédé a pu aboutir à améliorer des demandes de règlement pour le cancer et les maladies vasculaires, y compris COVID-19.

La recherche, publiée dans le métabolisme de nature, a été aboutie par Assoc. Prof. Yun Fang et dirigé par Co par Asst. Prof. juin Huang, avec l'ancien boursier post-doctoral et maintenant l'Asst. Prof. David Wu et étudiant de troisième cycle biophysique Devin Harrison des sciences.

Le métabolisme cellulaire de compréhension est universellement important. En mesurant le métabolisme unicellulaire, nous avons potentiellement une voie neuve de traiter un large éventail de maladies. »

Asst. Prof. juin Huang

« C'est la première fois que nous pouvons concevoir le métabolisme cellulaire à différent temporel et les écailles spatiales, même au niveau sous-cellulaire, qui pourrait principalement changer le langage et l'approche pour des chercheurs en métabolisme cellulaire d'étude, » Fang a dit.

Glycolyse de mesure

Les cellules endothéliales fournissent normalement une couche serrée à l'intérieur des vaisseaux sanguins, mais elles peuvent se contracter, partant entaille dans cette couche, quand elles ont besoin de l'aide du système immunitaire. La contraction anormale peut entraîner les vaisseaux sanguins inétanches, menant à la crise cardiaque ou à la rappe. Une telle contraction dans des vaisseaux sanguins autour des poumons peut également faire couler le liquide dedans, qui se produit dans le cas du syndrome de détresse respiratoire aigu. (Ceci se produit souvent dans les patients présentant des cas sévères de COVID-19.)

Pour comprendre mieux comment les cellules métabolisent l'énergie pour alimenter cette contraction, les chercheurs se sont tournés vers des détecteurs de transfert d'énergie de résonance de Förster--biocapteurs génétiquement codés qui peuvent mesurer la quantité de lactate à l'intérieur des cellules. Le lactate est le dérivé de la glycolyse.

Bien que les chercheurs n'aient pas produit les détecteurs, en appareillant les détecteurs avec des algorithmes d'apprentissage automatique, ils ont produit une technique bien plus puissante qui les a permis aux cellules d'image, analyse les caractéristiques, et analyse à l'extérieur des réactions de glycolyse aux niveaux cellulaires et sous-cellulaires.

« Maintenant nous pouvons regarder et comprendre des petits groupes dans les cellules, comme certains endroits des cellules où il y a une augmentation de glycolyse, » Fang a dit. « C'est une innovation technique principale. »

Ils pouvaient mesurer juste les cellules de combien de glucose utilisées quand elles se sont contractées et ont déménagé, et elles ont également trouvé un mécanisme neuf de transport de glucose assisté par le cytosquelette des cellules - un récepteur GLUT3 appelé - que ces cellules utilisent au glucose de prise.

Produire des demandes de règlement neuves

Comprenant comment les travaux de glycolyse au niveau cellulaire pourraient éventuel mener aux demandes de règlement qui empêchent ce procédé si avantageuses - dans le cas des vaisseaux sanguins inétanches dans les patients présentant l'athérosclérose, par exemple. Elle pourrait également aider les patients dont les systèmes immunitaires réagissent en exagération à COVID-19, par exemple, et à aide du besoin comblant les lacunes dans leurs cellules endothéliales autour de leurs poumons.

« Si nous pouvons trouver une voie d'empêcher la contraction, nous pourrions diminuer le syndrome de détresse respiratoire aigu dans les patients COVID-19, » Fang a dit.

Il a également des implications importantes en traitant le cancer. Le transfert endothélial et la prolifération, pilotés par glycolyse, sont des processus cellulaires importants impliqués dans l'accroissement vasculaire, qui est nécessaire pour la survie et l'accroissement de tumeur. La compréhension juste comment ceci fonctionne pourrait aider des chercheurs à détruire des tumeurs et à empêcher la croissance tumorale.

Il pourrait également être utile dans le traitement à cellule T de VÉHICULE, qui recrute le propre système immunitaire du fuselage pour combattre des tumeurs. Tandis que le traitement a été de sauvetage pour certains, beaucoup de patients ne répondent pas à lui. Puisque les cellules endothéliales sont importantes pour permettre à des lymphocytes T d'infiltrer des tumeurs et le métabolisme cellulaire est instrumental aux fonctionnements à cellule T, les chercheurs croient que cela le métabolisme cellulaire de modulation pourrait aider pour produire un meilleur système d'immunothérapie.

Les chercheurs vérifient actuel de tels inhibiteurs pour traiter le syndrome de détresse respiratoire aigu de COVID-19-induced au laboratoire national d'Argonne.

« Pouvons nous éventuel reprogrammer des cellules par le métabolisme ? » Huang a dit. « C'est une question importante, et nous devons comprendre juste comment le métabolisme fonctionne. Il y a potentiel énorme ici, et c'est juste le point de départ. »

Source:
Journal reference:

Wu, D, et al. (2021) Single-cell metabolic imaging reveals a SLC2A3-dependent glycolytic burst in motile endothelial cells. Nature Metabolism. doi.org/10.1038/s42255-021-00390-y.