Cellules cancéreuses éclairantes avec optogénétique

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Harald Janovjak, professeur adjoint à l'IST Austria, avec Michael Grusch, professeur agrégé à l'Institut de recherche sur le cancer de l'Université médicale de Vienne, "télécommandé" le comportement des cellules cancéreuses avec la lumière, tel que rapporté cette semaine dans EMBO Journal. Ce travail est la première application de la nouvelle domaine de optogénétique de recherche sur le cancer.

Cellules cancéreuses éclairantes avec optogénétique

Activation des cellules humaines sélectionnées avec une grande précision spatiale. Illumination de cellules humaines dans les modèles conçus librement (ici représentant les lettres IST) démontre la nouvelle capacité de contrôler cellules sélectionnées parmi beaucoup d'autres cellules. Notamment, toutes les cellules sont génétiquement identiques et ne diffèrent que si la lumière a été appliqué à eux ou pas. Ici, l'activation spatiale d'un gène rapporteur dans des cellules HEK293 a été déclenchée avec les tyrosine kinases des récepteurs activés par la lumière. Barre d'échelle: 10 mm. (Qualité de l'Illustration renforcée).

Crédit: Image courtoisie de l'Université médicale de Vienne

Pour comprendre la dynamique de la signalisation cellulaire, les chercheurs doivent activer et inactiver les protéines de récepteur de membrane, qui servent de relais entre l'extérieur d'une cellule à l'intérieur et dans le monde. Idéalement, cette activation se produit sur de courtes échelles de temps (secondes à quelques minutes) et dans des endroits ciblés (micromètres à millimètres). Toutefois, un tel niveau élevé de précision dans l'activation ne peut pas être obtenue avec des méthodes pharmacologiques et génétiques actuelles. Optogenetics utilise la lumière pour contrôler l'activité de la cellule, et a l'avantage que la lumière peut être appliqué et enlevé précision à la fois dans l'espace et le temps. Janovjak, Grusch et ses collègues repensé tyrosine kinases de récepteur (RTK), des récepteurs de surface cellulaire essentiels qui détectent les facteurs de croissance et des hormones, pour être sous le contrôle de la lumière.

Quand une molécule de signalisation se lie à RTK à la surface de la cellule, deux récepteurs se lient les uns aux autres dans un processus appelé dimérisation. Ceci active le processus de signalisation dans la cellule. Janovjak, Grusch et collègues liés les parties de RTK de mammifères qui activent la signalisation cellulaire à un domaine à la lumière de l'oxygène tension de détection, un capteur de lumière réversible qu'ils identifiées dans une algue jaune-vert. Dans les récepteurs modifiés, l'étape de dimérisation et la signalisation cellulaire par la suite peuvent maintenant être allumés et éteints par la lumière que les protéines d'algues captent la lumière et se lient les uns aux autres. Dans les cellules cancéreuses, l'activation des récepteurs modifiés provoque des changements dans la morphologie cellulaire, la prolifération et l'expression des gènes, caractéristique de l'augmentation de la malignité du cancer. Dans les cellules sanguines, l'activation conduit à la germination de cellule, typique de la formation de nouveaux vaisseaux sanguins.

Le développement des RTK réglementés par dimérisation activé par la lumière par Janovjak et Grusch est la première instance de dimérisation activé par la lumière de récepteurs de mammifères. Les récepteurs modifiés peuvent être contrôlés avec précision par une intensité lumineuse facile à réaliser dans les microscopes et dans des modèles animaux. Les récepteurs récemment mis au point des programmes déclenchent cellulaires complexes à la fois des cellules cancéreuses et endothéliales dans le sang. Ces cellules représentent de nouveaux modèles dans lequel le comportement est sous contrôle de la lumière et qui peuvent, par exemple, être utilisé pour de nouvelles méthodes pour identifier les médicaments. En revanche au cancer, où l'activation incontrôlée des résultats de la signalisation cellulaire dans caractéristiques liées à la malignité, l'activation de la signalisation lumineuse peut sauver la survie et la fonction des cellules dans la maladie dégénérative.