細胞ストレスメモリーランドスケープの初マップが、細胞ストレスに関連する疾患プロセスのより良い理解に道を開く(First map of a cellular stress memory landscape paves the way for better understanding of cell stress-related disease processes)

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2023-07-19 カリフォルニア大学サンタバーバラ校(UCSB)

◆UC Santa Barbaraの研究者たちは、細胞のストレスに関連した病気の発症を解明するため、細胞の「ストレス記憶の地図」を作成する方法を見つけました。細胞はストレスに遭遇すると、バランスを取り戻すための応答を示します。この応答は、内部または外部のストレスによって引き起こされることがあります。研究者たちは光を用いて細胞の応答を活性化し、ストレスに対する過去の記憶を解明しました。
◆この研究は、ストレスに関連した疾患の発症を解明するだけでなく、予防や治療法の開発にも繋がる可能性があります。光を用いた方法により、細胞の応答を正確に観察できるため、ストレスによる応答をより詳細に理解することが可能です。将来的には、ストレスに関連した疾患のメカニズムを解明し、より効果的な治療法の開発につながるかもしれません。

<関連情報>

統合ストレス応答の光遺伝学的制御により、比例的エンコードとストレスメモリーランドスケープが明らかになった Optogenetic control of the integrated stress response reveals proportional encoding and the stress memory landscape

Taivan Batjargal,Francesca Zappa,Ryan J. Grant,Robert A. Piscopio,Alex Chialastri,Siddharth S. Dey,Diego Acosta-Alvear,Maxwell Z. Wilson
Cell Systems  Published:JULY 19, 2023
DOI:https://doi.org/10.1016/j.cels.2023.06.001

細胞ストレスメモリーランドスケープの初マップが、細胞ストレスに関連する疾患プロセスのより良い理解に道を開く(First map of a cellular stress memory landscape paves the way for better understanding of cell stress-related disease processes)

Highlights

•Optogenetic activation of PKR induces a stressless stress response
•The ISR has early and late phases corresponding to adaptive and terminal outcomes
•Key ISR pathway nodes respond proportionally to the intensity of the stress input
•Both the model and experiment map the dependence of future responses on past ISR activations

Summary

The integrated stress response (ISR) is a conserved signaling network that detects aberrations and computes cellular responses. Dissecting these computations has been difficult because physical and chemical inducers of stress activate multiple parallel pathways. To overcome this challenge, we engineered a photo-switchable control over the ISR sensor kinase PKR (opto-PKR), enabling virtual, on-target activation. Using light to control opto-PKR dynamics, we traced information flow through the transcriptome and for key downstream ISR effectors. Our analyses revealed a biphasic, proportional transcriptional response with two dynamic modes, transient and gradual, that correspond to adaptive and terminal outcomes. We then constructed an ordinary differential equation (ODE) model of the ISR, which demonstrated the dependence of future stress responses on past stress. Finally, we tested our model using high-throughput light-delivery to map the stress memory landscape. Our results demonstrate that cells encode information in stress levels, durations, and the timing between encounters.

生物工学一般
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