Niebieskie światło może aktywować kluczową ścieżkę sygnałową, która odgrywa rolę w rozwoju embrionalnym i raku

Niebieskie światło rzuca nowe światło na kluczową ścieżkę sygnałową w rozwoju płodu, utrzymaniu tkanek i powstawaniu raka.

Naukowcy z University of Illinois w Urbana-Champaign opracowali metodę, która wykorzystuje niebieskie światło do aktywacji szlaku sygnałowego Wnt (wymawiane „poszło”) w zarodkach żab. Zespół twierdzi, że ścieżka odgrywa różne role w rozwoju zwierząt i ludzi, a możliwość regulowania jej za pomocą światła umożliwi naukowcom lepsze badanie jej różnorodnych funkcji.

Zespół badawczy kierowany przez Kai Zhanga, profesora biochemii i Jing Yanga, profesora porównawczych nauk biologicznych, opublikował swoją pracę w Journal of Molecular Biology, wybierając ją jako wyróżniający się komunikator, reprezentujący 1% najlepszych artykułów.

Szlak Wnt jest aktywowany przez receptor na powierzchni komórki, który wyzwala kaskadową odpowiedź w komórce. Zbyt duży lub zbyt mały sygnał może być katastrofalny, powiedział Zhang, co niezwykle utrudnia badanie szlaku przy użyciu standardowych technik stymulacji receptorów na powierzchni komórki.

Podczas rozwoju embrionalnego Wnt reguluje wzrost wielu narządów, takich jak głowa, rdzeń kręgowy i oczy. Zachowuje również komórki macierzyste w wielu tkankach u dorosłych: podczas gdy niewystarczająca sygnalizacja Wnt prowadzi do niepowodzenia naprawy tkanek, podwyższona sygnalizacja Wnt może prowadzić do raka”.

Jing Yang, profesor porównawczych nauk biologicznych

Bardzo trudno jest osiągnąć niezbędną równowagę za pomocą standardowych metod regulacji takich szlaków, takich jak kataliza chemiczna, powiedział Zhang. Aby rozwiązać ten problem, naukowcy zaprojektowali białko receptora, aby reagowało na niebieskie światło. Stosując to podejście, mogą dostosować poziom Wnt, modulując intensywność i czas trwania światła.

„Światło było stosowane jako strategia leczenia w terapii fotodynamicznej, z zaletami biokompatybilności i brakiem efektu rezydualnego w odsłoniętym obszarze. Jednak większość fototerapii zazwyczaj wykorzystuje światło do generowania wysokoenergetycznych substancji chemicznych – np. reaktywnych form tlenu – bez różnicowania tkanek .zdrowi i chorzy pacjenci, co uniemożliwia ukierunkowanie leczenia.” „W naszej pracy wykazaliśmy, że niebieskie światło może aktywować ścieżkę sygnalizacyjną w różnych częściach ciała embrionów żab. Przewidujemy, że przestrzennie specyficzna stymulacja funkcji komórek może złagodzić wyzwania związane z toksycznością niezgodną z celem”.

Naukowcy zademonstrowali swoją technikę i zweryfikowali jej przestrajanie i czułość poprzez stymulowanie wzrostu rdzenia kręgowego i głowy w zarodkach żab. Postawili hipotezę, że ich metodę można również zastosować do innych receptorów związanych z błoną, które okazały się trudne do namierzenia, a także do innych zwierząt, które dzielą szlak Wnt, umożliwiając lepsze zrozumienie, w jaki sposób te szlaki regulują rozwój – i co się dzieje, gdy się kończą. — lub niedostatecznie pobudzone.

„Ponieważ nadal rozszerzamy nasze systemy światłoczułe, aby objąć inne istotne ścieżki sygnalizacyjne leżące u podstaw rozwoju embrionalnego, zapewnimy społeczności biologii rozwojowej cenny zestaw narzędzi, które mogą pomóc im określić konsekwencje sygnalizacji leżącej u podstaw wielu procesów rozwojowych” – Yang powiedział.

Naukowcy mają również nadzieję, że ich oparte na świetle podejście do badania Wnt może oświetlić naprawę tkanek i badania nad rakiem w tkankach ludzkich.

„Ponieważ nowotwory często wiążą się z nadaktywną sygnalizacją, wyobrażamy sobie, że światłoczuły aktywator Wnt może być użyty do badania rozwoju raka w żywych komórkach” – powiedział Zhang. „W połączeniu z obrazowaniem żywych komórek będziemy w stanie ilościowo określić próg sygnalizacji, który może przekształcić normalną komórkę w komórkę rakową, dostarczając w ten sposób wstępnych danych do ukierunkowanego rozwoju terapeutycznego w medycynie precyzyjnej w przyszłości”.