14:52 2022-01-17
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Proteinele controlate atât de lumină, cât și de temperatură pot informa căile semnalului celular
_ Proteine controlate atât de lumină, cât și de temperatura poate informa căile semnalului celular
Majoritatea organismelor au proteine care reacționează la lumină. Chiar și creaturile care nu au ochi sau alte organe vizuale folosesc aceste proteine pentru a regla multe procese celulare, cum ar fi transcripția, translația, creșterea celulelor și supraviețuirea celulelor.
Domeniul optogeneticii se bazează pe astfel de proteine pentru a îmbunătăți. să înțeleagă și să manipuleze aceste procese. Folosind lasere și versiuni modificate genetic ale acestor proteine care apar în mod natural, cunoscute sub numele de sonde, cercetătorii pot activa și dezactiva cu precizie o varietate de căi celulare, la fel cum acționează un comutator.
Acum, cercetătorii Penn Engineering au descris un nou tip de proteină optogenetică care poate fi controlată nu numai de lumină, ci și de temperatură, permițând un grad mai mare de control în manipularea căilor celulare. Cercetarea va deschide noi orizonturi atât pentru știința de bază, cât și pentru cercetarea translațională.
Lukasz Bugaj, profesor asistent în bioinginerie (BE), Bomyi Lim, profesor asistent în inginerie chimică și biomoleculară, Brian Chow, profesor asociat în BE , iar studenții absolvenți William Benman în laboratorul lui Bugaj, Hao Deng în laboratorul lui Lim și Erin Berlew și Ivan Kuznetsov în laboratorul lui Chow, și-au publicat studiul în Nature Chemical Biology. Arndt Siekmann, profesor asociat de biologie celulară și de dezvoltare la Perelman School of Medicine, și Caitlyn Parker, un tehnician de cercetare în laboratorul său, au contribuit, de asemenea, la această cercetare.
Scopul inițial al echipei a fost de a dezvolta un singur -sondă componentă care ar fi capabilă să manipuleze mai eficient căile celulare specifice. Modelul pentru sonda lor a fost o proteină numită BcLOV4 și, printr-o investigație suplimentară a funcției acestei proteine, au făcut o descoperire fortuită: că proteina este controlată atât de lumină, cât și de temperatură.
„Proteinele activate de lumină sunt un nou tip de instrument de cercetare care a crescut precizia în modul în care studiem și înțelegem funcția celulară”, spune Bugaj. „Scopul nostru inițial a fost să creăm astfel de instrumente mai simple și mai eficiente pentru a controla două căi de semnalizare separate, care sunt esențiale pentru fiziologia celulară și sunt implicate în mod obișnuit în cancer.”
Aceste căi de semnalizare celulară, Ras și PI3K, joacă un rol în reglarea morții celulare, așa că o mai bună înțelegere a acestora ne poate ajuta să învățăm cum reacţionează celulele sănătoase la boală și de ce celulele tumorale cresc și se răspândesc continuu.
Sondele tradiționale pentru aceste căi implică de obicei două proteine optogenetice distincte. care pot necesita optimizarea obositoare a cantităților lor relative dintr-o celulă. Deși o astfel de optimizare este simplă în celulele individuale, este mult mai dificilă atunci când ne uităm la țesuturi sau la organisme întregi.
„Comparativ cu sondele anterioare, cele ale noastre s-au bazat pe o singură proteină numită BcLOV4, care a fost descrisă recent de către Laboratorul lui Brian Chow”, spune Bugaj. „Ca o singură proteină, BcLOV4 poate stimula semnale într-un mod care necesită proteine multiple în abordările anterioare, făcând astfel mai simplu și mai ușor de utilizat.”
Autorii au arătat cu succes că sondele bazate pe BcLOV4 ar putea stimula Căile Ras și PI3K în celulele de mamifere, precum și în peștii zebră și muștele fructelor, două organisme model comune.
„Cu toate acestea, în cursul experimentelor noastre, am descoperit întâmplător că BcLOV4 poate simți nu numai lumina, dar și temperatura”, spune Bugaj. „Din câte știm, acest tip de sensibilitate dublă la lumină și temperatură este o caracteristică complet nouă pentru proteinele fotosenzoriale.”
„Majoritatea lucrării noastre caracterizează această sensibilitate duală la lumină și temperatură, explorează diferite sisteme experimentale. dincolo de celulele de mamifere, unde instrumentele noastre pot fi aplicate, cum ar fi celulele de muște și dezvoltarea peștilor zebra, și apoi descrie noi capacități experimentale care valorifică sensibilitatea la lumină și temperatură”, spune el.
Când echipa a descoperit controlul temperaturii în această proteină optogenetică, a modelat diferite condiții de lumină și temperatură pentru a prezice modul în care proteina va răspunde. Ei au descoperit, de asemenea, că, folosind temperatura pentru a dezactiva BcLOV4, ei ar putea controla mai multe proteine sensibile la lumină independent în cadrul aceleiași celule.
„Pentru cei care studiază proteinele fotosenzoriale, munca noastră prezintă un exemplu de proteină a cărei activitatea raspunde la doi stimuli distincti, lumina si temperatura, si implica faptul ca ar putea exista si alte astfel de proteine”, spune Bugaj. „Această descoperire deschide, de asemenea, noi posibilități pentru controlul de la distanță mai sofisticat, cu mai multe intrări, al funcției celulei. Munca noastră are, de asemenea, implicații pentru noul domeniu al termogeneticii sau controlul celular folosind temperatura, care este deja folosit ca un control de la distanță al celulei proiectate. terapii pe modele animale.”
„Comportamentul sensibil la temperatură al BcLOV4 este diferit de oricare dintre cele descrise înainte”, spune el. „Proteina modifică localizarea subcelulară în funcție de temperatură și, prin urmare, este promițătoare pentru o clasă complet nouă de proteine sensibile la temperatură, cu capacități unice.”
Comentarii:
Adauga Comentariu