Hur ditt immunsystem använder kaos för att förhindra sjukdom
Ny forskning som dyker upp i tidskriften Naturkommunikation, avslöjar en ny mekanism som spelar i cellulär funktion. Kaotiska svängningar av proteinkoncentrationer hjälper till att hålla vårt immunsystem alert och funktionellt, vilket förhindrar kroniska sjukdomar som cancer och diabetes.
Modern forskning har grävt ut många av de felaktiga mekanismerna som spelar cancer, men vetenskapen har fortfarande mycket kvar att upptäcka.
På mobilnivå kretsar några av dessa mekanismer kring vad medicinska experter kallar signalvägar. Cellsignaleringsvägar reglerar tillväxt, överlevnad och proliferation av celler.
I cancer är vissa signalproteiner hyperaktiva, vilket leder till tillväxt och spridning av tumörceller, medan andra - som normalt skulle fungera som tumörundertryckare - inte fungerar korrekt.
Att förstå den dynamik som spelas inom celler är därför nyckeln till att förebygga och övervinna cancer och många andra kroniska sjukdomar.
Ny forskning kan ha brutit ny mark i detta avseende, eftersom tre forskare har upptäckt en ny mekanism för cellreglering: kaos.
Doktorand Mathias Heltberg och professor Mogens Høgh Jensen - båda från Niels Bohr-institutet vid Köpenhamns universitet i Danmark, tillsammans med Sandeep Krishna från National Center for Biological Sciences i Bangalore, Indien, gick ut för att undersöka hur ett visst protein stimulerar genen aktivitet.
Forskarna fann att kaotisk dynamik är svaret. Proteinet de studerade är kärnfaktor-KB (NF-kB).
NF-kB är nyckeln till att hålla kroppens immunsystem alert och funktionell. Så resultaten kan hjälpa till att avvärja mer än cancer: diabetes och Alzheimers sjukdom kan också vara mål om forskare förstår bättre hur kroppens naturliga försvar fungerar.
Kaos är viktigt för immunsvar
NF-kB är en transkriptionsfaktor som är kritisk för både "medfödda och adaptiva immunfunktioner" och det förmedlar också inflammatoriska svar. Som ett resultat fluktuerar dess nivåer i kroppen med tiden och påverkar gen- och cellfunktionen.
Nya studier har visat att NF-kB-signalering också spelar en avgörande roll i cancer, vilket ger kopplingen mellan cancerutveckling och inflammation.
I den aktuella studien använde professor Jensen och hans kollegor matematiska beräkningar och laboratorieexperiment för att visa att kaotiska upp- och nedgångar i NF-kB-koncentrationer aktiverar gener som annars skulle vara tysta.
NF-kB-proteinet måste vara i ett kaotiskt tillstånd för att aktivera rätt gener som möjliggör det optimala immunsvaret, visade studien.
Hittills trodde forskare att alla levande organismer undviker kaotisk dynamik. Men den nya studien utmanar denna tro, eftersom forskarna visar att kaotiska svängningar i proteinkoncentrationer är avgörande för att aktivera nyckelgener.
"Kaos är en matematiskt väldefinierad dynamik, en som till exempel tidigare har använts för att förklara stora förändringar i vädersystemen", förklarar professor Jensen.
”Med den enorma komplexitet som karaktäriserar levande saker av högre ordning är det uppenbart att kaotisk dynamik kommer att förekomma i olika typer av system. Men hur kaos spelar en avgörande roll i levande celler är helt nytt, tillägger forskaren.
Konsekvenser för diabetes, cancer, Alzheimers
Forskarna noterar också de terapeutiska konsekvenserna av resultaten. Nya mediciner, säger Heltberg, studiens medförfattare, kan "säkerställa korrekt proteinfunktion."
"Terapier kan också innebära uttag och testning av celler från en kropp för att mäta om celler är i rätt skick för att ha rätt svängningar", fortsätter Heltberg.
"Om de inte är det kan det vara möjligt att förutsäga och upptäcka sjukdomar innan de uppstår."
Prof. Jensen instämmer i:
"Resultaten kan ha en enorm inverkan på vår förståelse för hur immunsystemet fungerar och hur förekomsten av några av de allvarligaste sjukdomarna, inklusive diabetes, cancer och Alzheimers, kan undvikas."
Prof. Mogens Høgh Jensen
