Instrumente controlate cu lumină albastră pentru studierea rețelelor de transport celular
Cercetătorii de la Institutul de Biosciences and Technology din cadrul Texas A&M Health au dezvoltat un set de instrumente optogenetice care permit manipularea proteinelor și a microtubulilor din celule cu ajutorul luminii albastre. Studiul, publicat în Cell Reports Methods, a fost condus de Yubin Zhou, director al Centrului pentru Cercetare Translațională în Cancer, împreună cu Yun Huang, profesor și director asociat al Centrului pentru Epigenetică și Prevenirea Bolilor.
Microtubulii sunt structuri minuscule din interiorul celulelor care formează autostrăzi microscopice, transportând materiale, poziționând componente celulare și coordonând semnalele ce controlează creșterea, diviziunea și răspunsul celulelor la stimulare. Atunci când aceste rețele se deteriorează, traficul celular se blochează, ceea ce a fost asociat cu cancerul și cu boli neurodegenerative precum Alzheimer și demența. „Microtubulii nu sunt simple schele structurale; sunt rețele dinamice de informație și transport care ajută la organizarea aproape fiecărui aspect al vieții celulare”, a declarat Zhou.
Metodele tradiționale de studiere a microtubulilor se bazează pe modificări genetice, medicamente sau alte abordări care pot perturba comportamentul normal al celulei, sunt greu de inversat și oferă un control imprecis. Echipa lui Zhou a folosit în schimb CRY2, o proteină sensibilă la lumină prezentă în plante, care se adună rapid în clustere la expunerea la lumină albastră. Prin combinarea CRY2 cu alte proteine care interacționează cu microtubulii, cercetătorii au creat instrumente inactive în condiții normale, dar controlabile prin iluminare cu lumină albastră specializată.
Patru instrumente pentru dirijarea traficului celular
Lumina albastră acționează ca o telecomandă pentru patru instrumente: OptoMT, OptoTIP, OptoMotor și OptoSAW.
OptoMT iluminează rețeaua de microtubuli din jur, permițând oamenilor de știință să urmărească materialele care călătoresc de-a lungul unei căi. Funcționează precum lămpi stradale care pot fi aprinse și stinse fără a deteriora celula sau structurile din interiorul ei.
OptoTIP permite observarea microtubulilor în timp ce se formează, evidențiind doar extremitățile structurilor în creștere, fără a le modifica comportamentul sau stabilitatea.
OptoMotor activează motoarele moleculare din interiorul celulei pentru a redirecționa materialele transportate. Într-o rețea mare de livrare, microtubulii sunt autostrăzile, iar OptoMotor funcționează ca un camion de livrare activat de lumina albastră.
OptoSAW acționează ca o pereche de foarfece care pot tăia microtubulii cu precizie. Deși ruperea unei autostrăzi celulare poate părea inutilă, tăieturile OptoSAW sunt complet reversibile, permițând studierea efectelor unei căi întrerupte asupra traficului și comunicării celulare.
Depășirea simplei observări
Instrumentele îi plasează pe cercetători în postura de a controla procesele celulare, a declarat Tien-Hung Lan, unul dintre autorii principali ai studiului și cercetător postdoctoral la Centrul pentru Cercetare Translațională în Cancer. „Partea captivantă este că nu mai suntem limitați la a observa unde merg lucrurile în interiorul unei celule”, a spus Lan. „Putem acum să punem întrebări cauzale: Ce se întâmplă dacă mutăm acest organit aici, modificăm această parte a citoscheletului dincolo sau perturbăm o rețea locală de microtubuli într-un moment precis?”
Noile instrumente nu lasă efecte pe termen lung asupra celulei, astfel că cercetătorii le pot folosi pentru a înțelege mai bine procesele microscopice și pentru a dezvolta tratamente pentru afecțiuni precum cancerul și neurodegenerarea, fără a risca daune sau modificări permanente.
Instrumentele sunt deja disponibile pentru cercetători prin Addgene, o organizație non-profit care ajută oamenii de știință să partajeze și să obțină materiale de cercetare genetică, a precizat Zhou. Echipa speră să le adapteze pentru studii de terapie genică, testând dacă restaurarea autostrăzilor microtubulare deteriorate din neuroni ar putea contracara boli precum Alzheimer sau dacă perturbarea deliberată a acestor căi în celulele canceroase ar putea ajuta la distrugerea tumorilor.
„Pentru comunitatea științifică, aceasta oferă un set de instrumente foarte convenabile”, a spus Zhou. „Tot ce trebuie să faci pentru a exprima celulele este să le iluminezi cu lumina noastră, iar acum le poți manipula. Metodele anterioare nu puteau fi folosite pe celule vii, dar acum poți examina rețelele de microtubuli în timp real.”
