Ny forståelse af kroppens celler: Slår i takt som bornholmerure

I 1655 opdagede den hollandske matematiker og opfinder af penduluret, Christian Huygens, noget underligt. Hvis han hængte to identiske pendulure ved siden af hinanden, ville de i løbet af 30 minutter altid svinge i takt.

Nu viser ny forskning fra Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet, at fænomenet i gamle bornholmerure og kuk-ure også gør sig gældende i menneskekroppens celler. For som et andet symfoniorkester synkroniserer cellerne med hinanden for at udføre livsvigtige opgaver med at producere energi, transportere ilt eller bekæmpe sygdomme mere effektivt.

”På samme måde som pendulurene i Huygens’ forsøg slog i takt, har vi opdaget, at kroppens celler også arbejder i ensartede takter. Det hjælper dem nemlig til at opnå en højere grad af samarbejde, som gør, at de kan løse deres opgaver bedre og mere effektivt,” siger postdoc Mathias Heltberg, der med kollegaen Prof. Mogens Høgh Jensen og Ph.D. studerende Malthe Skytte Nielsen har lavet de fysiske og matematiske modeller bag forsøgene.

Flere superkræfter i cellen når den samarbejdede

Oversat til en celles verden svarer svingningerne fra uret til opsving og nedsving i mængden af proteiner og andre molekyler, som cellen skiftevis producerer mere eller mindre af for at udføre forskellige opgaver i kroppen.

For at undersøge, om cellerne skruer op og ned for den produktion i takt med hinanden, skabte forskerne en kunstig svingning ved hjælp af to forskellige signalstoffer, som blev sprøjtet ind i gærceller. Det ene signalstof var alkohol og det andet var et signalstof, der imiterede en infektion og derfor skulle sætte gang i cellens immunforsvar.

Helt specifikt undersøgte forskerne, hvordan superproteinet NF-kappa-B svinger op og ned. Det er et protein, som findes i de fleste af kroppens celler og spiller en nøglerolle i et utal af processer. For eksempel sørger superproteinet for at kickstarte immunsystemet og skrue op for produktionen af sig selv, når kroppen udsættes for et angreb af en bakterie.

Og her viste studiet, at koncentrationerne af superproteinet var højere i cellerne, når de arbejdede synkront, fremfor hvis de ikke gjorde.

 ”Vi havde på forhånd to hypoteser. Enten ville de to signalstoffer, der ramte cellen på samme tid kaste den ud i et vildt kaos, hvor den ikke længere fungerede. Eller også ville cellen kontrollere sig selv endnu bedre og synkronisere sit modsvar og arbejde i takt, hvilket var det der skete,” forklarer Mogens Høgh Jensen. 

Forebyggelse af kræft og diabetes i fremtiden

Ifølge forskergruppen på Niels Bohr Institutet er den nye opdagelse særlig interessant, fordi svingninger i cellen spiller en central rolle i vores forståelse af, hvordan cellen kontrolleres. En større forståelse af disse processen kan bane vejen for nye behandlingsmetoder af alvorlige sygdomme i fremtiden.

”Kan vi forstå svingningerne, så ved vi også mere om, hvad der går galt, når fejl i cellerne fører til, at kroppens kontrolsystemer bryder sammen og giver kræft eller diabetes. Derfor er vores resultater et vigtigt skridt på vejen til at forstå, hvordan kroppen styrer sine celler, så vi senere hen kan udvikle biokemiske værktøjer, der kan forebygge sygdomme,” siger Malthe Skytte Nielsen.

Selvom om forskerne nu er blevet lidt klogere på kroppens mindste byggesten, er der fortsat rigtig meget, vi ikke ved om cellernes indre liv. For eksempel vides det stadig ikke præcist, hvordan cellerne taler sammen og begynder at arbejde i takt.

”Det er min helt store drøm at forstå hvordan celler, altså levende organismer uden en hjerne, kan sende og oversætte og ydermere regulere sig selv. Det er et af videnskabens helt store spørgsmål og det har jeg indtil nu dedikeret det meste af min forskerkarriere til,” siger Mathias Heltberg.

Studiet er lavet i samarbejde med forskere fra Peking Universitetet, som har udført eksperimenter på gærceller, med baggrund i de matematiske og fysiske modeller, som Mathias Heltberg, Malthe Skytte Nielsen og Mogens Høgh Jensen har lavet.