Cellenes televerk

Professor Hans-Hermann Gerdes oppdaget en ny biologisk verden da han fant ut at celler kommuniserer gjennom elektriske tråder.

Publisert
Nanotunellene er 50 til 200 nanometer tykke. De kan strekke seg ut over flere cellediametre og sno seg rundt hindringer på veien og koble seg til andre celler lengre unna.
Nanotunellene er 50 til 200 nanometer tykke. De kan strekke seg ut over flere cellediametre og sno seg rundt hindringer på veien og koble seg til andre celler lengre unna.

I 2004 oppdaget professor Hans-Hermann Gerdes ved Institutt for biomedisin ved Universitetet i Bergen (UiB) at celler danner tråder mellom hverandre for å kommunisere, såkalte nanotunneler.

Senere forskning har vist at cellene kan frakte små molekyler, proteiner og større celledeler gjennom disse.

Nå har et team rundt Gerdes forskningsgruppe funnet at celler også kommuniserer ved å sende elektriske signaler gjennom disse mikrotunnelene.

– Jeg tror at lærebøkene i biologi nå må skrives om, sier Gerdes.

Elektrisk kommunikasjon

Nerveceller bruker elektriske signaler for å kommunisere over lange avstander med sitt særegne system. Det er også kjent at celler overfører elektriske impulser til naboceller, når de ligger inntil hverandre.

For eksempel gjør hjertecellene dette for at hjertet skal slå.

– Den nye oppdagelsen er at flere typer celler kan overføre elektriske signaler til celler som ligger langt unna, gjennom disse nanotunnelene, forteller Gerdes.

Den elektriske kommunikasjonen er observert i nyreceller fra rotter, eggceller fra vaktel og stamceller fra mennesker som lager blodårer. Gerdes mener det er sannsynlig at alle celler kommuniserer på denne måten.

Legger kabler

Når en celle får et signal fra omliggende nettverk kan den sende beskjeden videre til en annen celle som ikke har fått denne informasjonen ved å lage en nanoledning bort til den.

Dette betyr at cellene kan organisere seg i elektriske nettverkt over større avstander og koordinere oppførselen til andre celler. Et nettverk som sender signaler simultant gjør det også sikrere at informasjonen som når frem er den riktige.

Det er mye som tyder på at nanotunneler er viktige for sårheling.

Ved et sår, får bestemte celler beskjed om å flytte seg til skaden. Elektriske signaler har vært registrert i celler som omkranser såret. Forskere har også sett at disse cellene henger sammen med tråder som ser ut som nanotunneler.

Det ser ut til at cellenes elektriske nettverk spiller en rolle i regulering av celledeling.

– Kanskje nanotunneler også kan gi oss svaret på hvordan celler kommuniserer med hverandre under utviklingen av foster, sier Gerdes.

Koordinerer immunforsvaret

Hans-Hermann Gerdes har nylig oppdaget at celler kommuniserer med hverandre på lange avstander ( 10 til 70 mikrometer) ved å sende elektriske signaler gjennom mikrokanaler. (Foto: Jan Reidar Lothe)
Hans-Hermann Gerdes har nylig oppdaget at celler kommuniserer med hverandre på lange avstander ( 10 til 70 mikrometer) ved å sende elektriske signaler gjennom mikrokanaler. (Foto: Jan Reidar Lothe)

Oppdagelsen av nanotunneler skjedde for seks år siden etter et rent rutinebrudd på labben. En tidligere student av Gerdes skiftet ikke væske i glasset der han forsket på celler.

Til hans store overraskelse så han i mikroskopet at en lang tråd hadde dannet seg mellom rottecellene han studerte.

Forskning har senere vist at cellene kan frakte proteiner og små celledeler gjennom disse mikrokanalene, og at de har betydning for hvordan immunforsvaret kommuniserer.

Men det har også vist seg at virus kan kapre dette kommunikasjonssystemet. Forskere har sett at hiv-virus kan lage nettverk av hemmelige tunneler som lurer immunforsvaret.

Det kan også se ut som kreftceller benytter denne type nettverk for å gi informasjon om cellegiften som kommer og så sender proteiner frem og tilbake til hverandre som blokkerer giften.

Ny verden

At cellene også sender elektriske signaler åpner opp ny forståelse og kanskje helt nye terapeutiske metoder.

– Hans-Hermann Gerdes har åpnet opp for en ny verden med sin nye oppdagelse, sier professor Bjørn Tore Gjertsen ved Institutt for indremedisin, UiB.

Siden januar har han samarbeidet med Gerdes for å studere nanokommunikasjon i blodstamceller. Gjertsen forteller at all erfaring viser at nye paradigmer åpner opp for ny terapeutisk forståelse og metoder.

– Kanskje de elektriske signalene mellom cellene på en bedre måte kan forklare hvorfor medisinen vi bruker i dag virker som den gjør. Hvis vi får oversikt over hvordan dette elektriske nettverket fungerer, kan vi kanskje få helt nye behandlingsmetoder, sier Gjertsen.

Terapeutiske muligheter

Gjertsen forsker på cellekommunikasjon i forhold til leukemi. Han studerer prosessen med hvordan stamceller i beinmargen produserer blodceller.

– Det er kjent at blodkreftceller kommuniserer med hverandre ved hjelp av proteiner og hormoner. I dag finnes det skreddersydd medisin som regulerer disse signalene og fører til celledød i kreftcellene, sier Gjertsen.

Men for at det skal skje prosesser, for eksempel programmert celledød, må det trykkes på flere knapper samtidig i cellen. Ingen har full oversikt over prosessene som er involvert. Det kan derfor tenkes at elektriske signaler via nanotunneler virker parallelt med prosessene som forskerne kjenner fra før, i følge Gjertsen.

– Hvilke terapeutiske konsekvenser oppdagelsen av elektriske signaler vil gi er for tidlig å si noe om før en får mer oversikt. Men muligheten for manipulering og ødelegging av skadelige cellesignaler er basert på kunnskapen om dem.

Referanse:

Wang, Veruki, Bukoreshtliev, Hartveit & Gerdes: Animal cells connected by nanotubes can be electrically coupled through interposed gap-junction channelsPNAS - Proceedings of the National Academy of Sciences, Published online before print September 20, 2010, doi: 10.1073/pnas.1006785107.