免疫系统预防疾病的策略:蛋白质浓度的无序波动激活关键基因

近日,发表在《Nature Communications》的一项研究揭示了一种在细胞功能中发挥作用的新机制:蛋白质浓度混乱波动有助于我们的免疫系统保持警觉和随时备战的状态,从而预防癌症和糖尿病等慢性病。
“乱”中取胜:免疫系统预防疾病的策略
现代医学研究阐明了许多导致癌症发生的错误机制,然而还有很多机制有待科学家去发掘。
其中一些机制在细胞水平上围绕着信号传导途径,它们负责调节细胞的生长、生存和增殖。在癌症中,一些信号蛋白过度活跃,导致肿瘤细胞的生长和增殖,而另一些通常作为肿瘤抑制因子会出现功能异常。因此,理解细胞内部的动态变化是预防和克服癌症及许多其他慢性疾病的关键。
最近这项研究在这方面取得了新的突破。三名科学家发现了一种新的细胞调节机制:“混沌”。
来自丹麦哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所的博士研究员Mathias Heltberg和Mogens Høgh Jensen教授,与印度班加罗尔国家生物科学中心的Sandeep Krishna博士共同合作研究特定蛋白质如何刺激基因活性。
科学家们发现,答案就是混沌动力学。他们研究的蛋白质是核因子-κB (NF-kB)。
NF-kB是保持身体免疫系统警觉和功能性的关键。因此,该研究结果不仅能够帮助我们避免癌症,如果研究人员更好地理解人体的自然防御机制,糖尿病和阿尔兹海默症也将是可以避免的。
“乱”中取胜:免疫系统预防疾病的策略
图片来源:《Nature Communications》

“混沌”对于免疫反应是必需的
NF-kB是一种对“先天和适应性免疫功能”至关重要的转录因子,它还介导炎症反应。所以,NF-kB在体内的水平会随着时间波动,影响基因和细胞功能。
最近的研究表明,NF-kB信号在癌症中也发挥着关键作用,它将癌症发生与炎症联系起来。
在当前的研究中,Jensen教授及其同事使用数学计算和实验方法发现,NF-kB浓度的混乱起伏会激活本来保持沉默的基因。
研究结果表明,NF-kB蛋白需要处于“混沌”状态,以激活能够产生最佳免疫反应的正确基因。
到目前为止,研究人员一直认为所有生物体都避免了混沌动力学。但这项新研究挑战了这一观点,因为研究人员发现,蛋白质浓度的无序波动对激活关键基因至关重要。
Jensen教授解释说:“‘混沌’是一种数学上定义明确的动态现象。例如,之前曾用于解释天气系统的显著变化。由于高阶生物具有巨大的复杂性,所以很显然混沌动力学将发生在不同类型的系统中,但是“混沌”如何在活细胞中起决定性作用是全新的领域。”
对糖尿病、癌症和阿尔兹海默症的意义
研究人员还指出这些发现的治疗意义。该研究的作者之一Heltberg说,新的药物可以确保适当的蛋白质功能。治疗方法也包括从身体中提取细胞并对其进行测试,以评估细胞是否处于正确的状态以做出正确的波动。”
Jensen教授同意这种观点,他说:“如果细胞没有处于正确状态的话,我们就有可能在疾病发生之前预测和发现疾病。这些结果对于我们理解免疫系统功能和如何避免某些最严重疾病的发生具有重要意义,包括糖尿病、癌症和阿尔兹海默症。”

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