Försterin resonanssienergiansiirron käyttö tuman LINC-kompleksiin kohdistuvien voimien tutkimisessa
Ek, Frans (2021)
Ek, Frans
2021
Bioteknologian ja biolääketieteen tekniikan kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Biotechnology and Biomedical Engineering
Lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunta - Faculty of Medicine and Health Technology
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2021-08-12
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202108086481
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202108086481
Tiivistelmä
Biokemiallisten signaalien ohella myös mekaaniset signaalit aiheuttavat vasteita soluissa. Prosessia, jossa ympäristön mekaaninen signaali saa aikaan solussa vasteen, kutsutaan mekanotransduktioksi, ja sen tutkimiseen on erikoistunut mekanobiologian ala.
Tuman tiedetään olevan mekanosensitiivinen soluelin, joka havaitsee mekaanisia signaaleja kuten fyysisiä voimia. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli tutkia tapausta, jossa solun aktiinitukirangasta kantautuvat fyysiset voimat välittyvät tumakotelolla sijaitsevan LINC-kompleksin kautta tumaan. Tavoitteena oli selvittää, miten nämä voimat reagoivat epiteelisolukon tiheyden kasvuun.
Tutkimuksessa käytettiin apuna nesprin-TS -nimistä molekulaarista voimasensoria, jonka toiminta perustuu Försterin resonanssienergiansiirtoon. Sensorissa kaksi FRET:iin kykenevää fluoresoivaa molekyyliä on linkitetty toisiinsa elastisella peptidillä. Kun sensori venyy siihen kohdistuvien voimien vaikutuksesta, FRET:n tehokkuus laskee. Jousi mahdollistaa sensorin palaamisen lepopituuteensa ja FRET:n palautumisen. Tutkimuksessa sensori oli asetettu osaksi mininespriini-2G:tä, joka korvaa normaalisti LINC-kompleksissa esiintyvää nespriini-2G:tä. Tämän avulla saatiin havainnoitua suoraan aktiinitukirangasta LINC-kompleksiin välittyviä voimia.
Tutkimuksessa havaittiin 3- ja 5-päiväisiä epiteelisoluja tutkimalla, että epiteelisolukon kasvaessa tiiviimmäksi solujen tumiin kohdistuvat voimat kasvavat. Voimien kasvun esitetään johtuvan epiteelin maturaatiossa ja mesenkyymi-epiteelitransitiossa tapahtuvista radikaaleista aktiinitukirangan muutoksista. Tutkimuksessa huomattiin myös, että mitattaessa FRET:iä on mittausalueen maskaus kohdistettava nimenomaan tumakoteloon luotettavimman tuloksen saamiseksi.
Tutkimuksessa selvitettiin myös solujen aktiinipolymerisaatiota inhiboivan sytokalasiini D -myrkyn vaikutusta tumaan kohdistuviin voimiin. Tulosten pohjalta 3-päiväisten solujen tumiin kohdistuvat voimat kasvavat myrkyn vaikutuksesta, mutta 5-päiväisiin soluihin se ei vaikuta. Tämän esitetään johtuvan siitä, että 3-päiväiset solut kykenevät vielä liikkumaan, jolloin niiden aktiinitukiranka on dynaaminen, kun taas 5-päiväiset solut ovat polarisoituneet osaksi epiteeliä, eivätkä tarvitse enää dynaamista aktiinitukirankaa, johon sytokalasiini D vaikuttaa.
Käytetyn voimasensorin kontrollisensori nesprin-HL ei tuottanut odotettuja tuloksia, vaan viittasi sensoriin kohdistuvan hyvin suuria voimia, mikä ei ole mahdollista, sillä sensorin toinen pää on katkaistu. Kontrollisensorin epäillään mutatoituneen, ja kontrollin puutteen vuoksi tutkimuksen tuloksia ei voida pitää täysin luotettavina. Nesprin-TS:n tulokset ovat kuitenkin järkeviä, joten itse sensorin voidaan olettaa toimivan halutunlaisesti. Kontrollilinja tulisi transfektoida uudelleen, ja suorittaa uudet kontrollimittaukset tulosten varmentamiseksi.
Tutkimuksen tulosten pohjalta esitetään, että epiteelisolukon tiheyden kasvu johtaa aktiinitukirangasta LINC-kompleksiin välittyvien voimien kasvuun. Seuraavana vaiheena olisi tutkia samojen voimien vaikutusta nespriini-1:een, sekä välikokoisista säikeistä nespriini-3:een ja mikrotubuluksista nespriini-4:ään kohdistuvien voimien muutoksia. Näin saataisiin parempi kuva siitä, miten tumaan kohdistuu voimia epiteelisolukon tiivistyessä.
Tuman tiedetään olevan mekanosensitiivinen soluelin, joka havaitsee mekaanisia signaaleja kuten fyysisiä voimia. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli tutkia tapausta, jossa solun aktiinitukirangasta kantautuvat fyysiset voimat välittyvät tumakotelolla sijaitsevan LINC-kompleksin kautta tumaan. Tavoitteena oli selvittää, miten nämä voimat reagoivat epiteelisolukon tiheyden kasvuun.
Tutkimuksessa käytettiin apuna nesprin-TS -nimistä molekulaarista voimasensoria, jonka toiminta perustuu Försterin resonanssienergiansiirtoon. Sensorissa kaksi FRET:iin kykenevää fluoresoivaa molekyyliä on linkitetty toisiinsa elastisella peptidillä. Kun sensori venyy siihen kohdistuvien voimien vaikutuksesta, FRET:n tehokkuus laskee. Jousi mahdollistaa sensorin palaamisen lepopituuteensa ja FRET:n palautumisen. Tutkimuksessa sensori oli asetettu osaksi mininespriini-2G:tä, joka korvaa normaalisti LINC-kompleksissa esiintyvää nespriini-2G:tä. Tämän avulla saatiin havainnoitua suoraan aktiinitukirangasta LINC-kompleksiin välittyviä voimia.
Tutkimuksessa havaittiin 3- ja 5-päiväisiä epiteelisoluja tutkimalla, että epiteelisolukon kasvaessa tiiviimmäksi solujen tumiin kohdistuvat voimat kasvavat. Voimien kasvun esitetään johtuvan epiteelin maturaatiossa ja mesenkyymi-epiteelitransitiossa tapahtuvista radikaaleista aktiinitukirangan muutoksista. Tutkimuksessa huomattiin myös, että mitattaessa FRET:iä on mittausalueen maskaus kohdistettava nimenomaan tumakoteloon luotettavimman tuloksen saamiseksi.
Tutkimuksessa selvitettiin myös solujen aktiinipolymerisaatiota inhiboivan sytokalasiini D -myrkyn vaikutusta tumaan kohdistuviin voimiin. Tulosten pohjalta 3-päiväisten solujen tumiin kohdistuvat voimat kasvavat myrkyn vaikutuksesta, mutta 5-päiväisiin soluihin se ei vaikuta. Tämän esitetään johtuvan siitä, että 3-päiväiset solut kykenevät vielä liikkumaan, jolloin niiden aktiinitukiranka on dynaaminen, kun taas 5-päiväiset solut ovat polarisoituneet osaksi epiteeliä, eivätkä tarvitse enää dynaamista aktiinitukirankaa, johon sytokalasiini D vaikuttaa.
Käytetyn voimasensorin kontrollisensori nesprin-HL ei tuottanut odotettuja tuloksia, vaan viittasi sensoriin kohdistuvan hyvin suuria voimia, mikä ei ole mahdollista, sillä sensorin toinen pää on katkaistu. Kontrollisensorin epäillään mutatoituneen, ja kontrollin puutteen vuoksi tutkimuksen tuloksia ei voida pitää täysin luotettavina. Nesprin-TS:n tulokset ovat kuitenkin järkeviä, joten itse sensorin voidaan olettaa toimivan halutunlaisesti. Kontrollilinja tulisi transfektoida uudelleen, ja suorittaa uudet kontrollimittaukset tulosten varmentamiseksi.
Tutkimuksen tulosten pohjalta esitetään, että epiteelisolukon tiheyden kasvu johtaa aktiinitukirangasta LINC-kompleksiin välittyvien voimien kasvuun. Seuraavana vaiheena olisi tutkia samojen voimien vaikutusta nespriini-1:een, sekä välikokoisista säikeistä nespriini-3:een ja mikrotubuluksista nespriini-4:ään kohdistuvien voimien muutoksia. Näin saataisiin parempi kuva siitä, miten tumaan kohdistuu voimia epiteelisolukon tiivistyessä.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8709]