Analiza komórkowego pokazu świateł
Stan zapalny jest zewnętrznym objawem uruchomienia odpowiedzi obronnej organizmu na uszkodzenie tkanki lub uraz. Do miejsca uszkodzenia migrują różne substancje, aby naprawiać otaczającą tkankę. Z drugiej strony przewlekły stan zapalny może również być przyczyną uszkodzeń tkanek. Ten mechanizm leży u podłoża wielu często występujących chorób, w tym astmy i choroby zwyrodnieniowej stawów. Czynniki transkrypcyjne, które kontrolują ekspresję genów, odgrywają istotną rolę w odpowiedzi zapalnej. Niektóre czynniki jądrowe z rodziny kappa B (NF-kB) regulują wiele etapów tego procesu. Dzięki wsparciu finansowemu UE dla projektu "Role of nonlinear dynamics of NF-kB in inflammation" (NONLIN-KB) naukowcy mieli możliwość badania oscylacji czynnika NF-kB pomiędzy cytoplazmą a jądrem naukowym i prowadzenia analizy matematycznej tego zjawiska. Prowadzono eksperymenty polegające na indukowaniu i obserwowaniu oscylacji z wykorzystaniem obrazowania komórek zawierających czynnik NF-kB wyznakowany fluorescencyjnie. Stanowisko pracy umożliwiało też perfuzję mikrocieczową komórek z różnymi czynnikami biochemicznymi i ich jednoczesne obrazowanie. Oznaczanie ilościowe odpowiedzi setek komórek wymagało stworzenia specjalistycznego oprogramowania. Algorytmy korzystają z kwantyfikatorów teorii dynamiki nieliniowej do opisywania obserwowanej dynamiki w analizie szeregów czasowych. Zespół wiernie odtworzył obserwacje eksperymentalne w uproszczonym modelu, obejmującym zaledwie trzy poziomy regulacji. Jest to ważne narzędzie do prognozowania możliwych mechanizmów regulacji transkrypcji NF-kB. Dysponując tak wartościowym narzędziem naukowcy odkryli, że badane oscylacje są dużo bardziej skomplikowane, niż wcześniej sądzono. Mogą one być okresowe, lecz nie muszą, i mogą też rozpocząć się spontanicznie bez wystąpienia żadnych bodźców. W różnych warunkach komórki mogą wykazywać skoordynowaną dynamikę lub synchroniczność oscylacji NF-kB. Natomiast w obecności okresowo pojawiającego się bodźca skoordynowane zachowania poszczególnych komórek mogą być bardzo zróżnicowane. Zaobserwowano wpływ deksametazonu, leku powszechnie stosowanego w chorobach zapalnych, na wywołane bodźcami oscylacje. Nie tylko modyfikował dynamikę oscylacji, lecz również profil transkrypcji, stanowiąc możliwy przełącznik regulujący odpowiedzi zapalne. Interdyscyplinarny projekt NONLIN-KB korzystał z dynamiki nieliniowej do badania wewnątrzkomórkowych fluktuacji w czasie i przestrzeni czynnika transkrypcyjnego, który kontroluje odpowiedź zapalną. Uzyskane modele dostarczają nowych informacji na temat wywoływanych bodźcami zmian i wskazują na potencjalne cele leków.
Słowa kluczowe
Dynamika nieliniowa, zapalenie, czynnik jądrowy kappa B, NF-kB, oscylacje
