مسیر Wnt برای مطالعه با روش نور آبی فعال شده است


محققان دانشگاه ایلینوی ، Urbana-Champaign ، رویکردی را توسعه داده اند که از نور آبی برای فعال کردن مسیر علامت دهی Wnt در جنین قورباغه استفاده می کند. این تیم گفت که مسیر سیگنالینگ نقش های مختلفی در رشد حیوانات و انسان ایفا می کند و توانایی تنظیم آن با نور به محققان اجازه می دهد تا عملکردهای مختلف آن را بهتر مطالعه کنند.

تیم تحقیقاتی به رهبری کای ژانگ ، دکترای بیوشیمی و جینگ یانگ ، دکتری ، استاد علوم مقایسه ای ، مطالعه ای تحت عنوان “کنترل اپتوژنتیکی مسیر علامت گذاری Wnt متعارف در حالی که Xenopus laevis رشد جنینی “) im مجله زیست شناسی مولکولیبه مسیر Wnt توسط یک گیرنده در سطح سلول فعال می شود که باعث واکنش آبشاری در داخل سلول می شود. ژانگ گفت ، سیگنال زیاد یا خیلی کم می تواند فاجعه بار باشد و مطالعه مسیر علامت دهی با استفاده از تکنیک های استاندارد تحریک گیرنده سطح سلول را بسیار دشوار می کند.

“در طول رشد جنینی ، Wnt رشد بسیاری از اندام ها مانند سر ، نخاع و چشم را تنظیم می کند. همچنین سلولهای بنیادی را در بسیاری از بافتها در بزرگسالان حفظ می کند: در حالی که یک مسیر سیگنال دهی ناکافی منجر به شکست ترمیم بافت می شود ، افزایش مسیر پیام رسانی Wnt می تواند منجر به سرطان شود. “

ژانگ می گوید دستیابی به تعادل لازم با استفاده از روشهای استاندارد برای تنظیم مسیرهای سیگنالینگ مانند تحریک شیمیایی دشوار است. برای رفع این مشکل ، محققان پروتئین گیرنده را برای پاسخ به نور آبی مهندسی کردند. با استفاده از این روش ، می توانید مقدار Wnt را با تعدیل شدت و مدت زمان نور تنظیم کنید.

“Optogenetics از فعل و انفعالات پروتئین و پروتئین ناشی از نور برای کنترل دقیق زمان ، مکان و شدت فعالیت سیگنال استفاده می کند. محققان می نویسند که تفکیک مکانی و زمانی دقیق این فناوری جدید برای مطالعه رشد جنینی بسیار جذاب بوده است ، برنامه ای که به طور صادقانه برای ایجاد یک ارگانیسم واحد از یک سلول واحد تکمیل شده است.

“ما قبلاً یک مطالعه مقایسه ای در مورد فعال سازی اپتوژنتیک گیرنده تیروزین کینازها انجام داده بودیم ، که در آن دریافتیم که سیستم های اپتوژنتیک مبتنی بر انتقال سیتوپلاسم به غشا ، سیستم های دایمریزاسیون غشایی در فعال سازی سیگنال گیرنده تیروزین کیناز در زندگی برتری دارند. به گزنوپوس جنین ها در اینجا ما تعیین می کنیم که آیا این استراتژی مهندسی می تواند به سایر مسیرهای پیام رسانی با گیرنده های متصل به غشا تعمیم داده شود یا خیر.

“به عنوان اثبات مفهوم ، ما نشان می دهیم که انتقال از سیتوپلاسم به غشاء پروتئین 6 (LRP6) مربوط به گیرنده لیپوپروتئین با چگالی کم (LRP6) ، یک گیرنده اصلی متصل به غشا برای مسیر Wnt متعارف ، باعث فعالیت Wnt می شود. فعال شدن اپتوژنتیک LRP6 منجر به تکرار محورها در توسعه می شود گزنوپوس جنین ها ، نشان می دهند که انتقال گیرنده متصل به غشا از سیتوپلاسم به غشاء می تواند یک استراتژی قابل تعمیم برای ساخت سیستم های اپتوژنتیک باشد. “

“نور به عنوان یک استراتژی درمانی در درمان فوتودینامیکی با مزایای زیست سازگاری و بدون اثر باقیمانده در منطقه در معرض استفاده شد. با این حال ، اکثر درمانهای فوتودینامیکی معمولاً از نور برای ایجاد مواد شیمیایی با انرژی بالا استفاده می کنند – برای مثال گونه های فعال اکسیژن – بدون تمایز بین بافت طبیعی و بیمار ، که درمان هدفمند را غیرممکن می کند. “در کار ما نشان داده ایم که نور آبی می تواند یک مسیر سیگنال دهی در قسمت های مختلف بدن جنین قورباغه را فعال کند. ما تصور می کنیم که تحریک مکانی عملکرد سلول ها می تواند چالش های مسمومیت خارج از هدف را کاهش دهد. “

محققان با تحریک رشد نخاع و سر در جنین قورباغه ، تکنیک خود را نشان دادند و قابلیت تنظیم و حساسیت آن را بررسی کردند. آنها معتقدند که تکنیک آنها همچنین می تواند برای سایر گیرنده های متصل به غشا که هدف قرار دادن آنها دشوار است ، و همچنین حیوانات دیگر که مسیر Wnt مشترک هستند ، مورد استفاده قرار گیرد ، که به درک بهتر نحوه تنظیم این مسیرها کمک می کند – و زمانی که آنها اتفاق می افتد. بیش از حد یا کمتر تحریک شده اند.

یانگ می گوید: “همچنان که سیستم های حساس به نور خود را گسترش می دهیم تا سایر مسیرهای مهم سیگنالینگ زیربنایی رشد جنین را پوشش دهیم ، ابزارهای ارزشمندی را در اختیار جامعه توسعه قرار می دهیم که می تواند به آنها در تعیین پیام های سیگنال دهی که زیربنای بسیاری از فرایندهای رشدی هستند ، کمک کند.”

محققان همچنین امیدوارند که روش مبتنی بر نور آنها برای مطالعه Wnt بتواند ترمیم بافت و تحقیقات سرطان در بافت انسان را روشن کند.

ژانگ خاطرنشان کرد: از آنجا که سرطانها اغلب سیگنالهای بیش از حد فعال دارند ، ما تصور می کنیم که یک فعال کننده Wnt حساس به نور می تواند برای مطالعه پیشرفت سرطان در سلولهای زنده استفاده شود. “در ترکیب با تصویربرداری از سلول های زنده ، ما می توانیم به صورت کمی آستانه سیگنال را تعیین کنیم که می تواند یک سلول طبیعی را به سلول سرطانی تبدیل کند و بنابراین داده های اولیه را برای توسعه درمان هدفمند در داروهای دقیق آینده ارائه می دهد.”