Управление сердечно-сосудистыми и другими заболеваниями с помощью "переключателя"

Ученые создают инструменты для точного включения и выключения генов в реальном времени. Исследователи из Техасского университета A&M разрабатывают систему, использующую два распространенных элемента: кальций и свет.

Включение потока ионов кальция

Исследование возглавляет Юбин Чжоу, разрабатывающий систему CaRROT (calcium-responsive transcriptional reprogramming tool). Эта система с высокой точностью контролирует транскрипцию генов, определяя, как, когда и где гены создают белки.

Принцип работы CaRROT:

• Использует простой импульс света или химических соединений для индукции потока ионов кальция в клетки.
• "Заимствует" кальциевые сигналы, генерируемые светом (с помощью технологии Opto-CRAC), чтобы доставить инструмент для редактирования генома, производный от системы CRISPR/Cas9, и включить гены.
• Когда свет включен, "ворота", контролирующие ионы кальция, открываются, позволяя кальцию поступать из внешнего пространства в цитоплазму клетки, что в конечном итоге включает экспрессию конкретных генов.

Система была оптимизирована для строгой реакции на свет. Команда планирует протестировать её на генах, контролирующих дифференцировку нейронов и скелетных мышц, с целью применения в регенеративной медицине.

Выключение притока кальция

Во втором исследовании команда Чжоу создала новый оптогенетический инструмент для обратного эффекта. С помощью света можно выключить приток кальция через потенциал-зависимые кальциевые каналы в "возбудимых" тканях (нервная и сердечно-сосудистая системы).

Проблема традиционных блокаторов:

• Блокаторы кальциевых каналов, одобренные FDA, широко используются для лечения сердечно-сосудистых заболеваний.
• Они часто вызывают побочные эффекты (головная боль, отеки, опасно низкое давление, сердцебиение) из-за цитотоксичности и нецелевого действия.

Новое решение — optoRGK:

• Это генетически кодируемый фотопереключаемый ингибитор, демонстрирующий отличное свето-индуцируемое подавление входа ионов кальция в возбудимых клетках.
• В тестах на клетках сердечной мышцы ритмические колебания кальция (соответствующие ритму сердцебиения) существенно уменьшались или прекращались при освещении синим светом. Процесс полностью обратим после удаления источника света.

Этот инструмент предоставляет уникальную возможность выключать кальциевые сигналы в возбудимых клетках с высокой точностью и селективностью, открывая перспективы для создания нового поколения оптогенетических устройств для лечения заболеваний.