Использование света для контроля клеточной кластеризации
Новое исследование инженеров из Политехнического института Ренсселера и Калифорнийского университета в Беркли объединяет свет и генетику, предоставляя учёным мощный инструмент для манипулирования клетками. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Methods, показывают, как синий свет можно использовать в качестве переключателя для направленного накопления целевых белков в крупные кластеры.
Этот процесс кластеризации, или олигомеризации, часто используется природой для включения или выключения специфических сигнальных путей в сложной системе коммуникации клеток. Новое исследование детально описывает, как этот процесс можно воспроизвести с высокой точностью, что даёт исследователям новые возможности для контроля и влияния на олигомеризацию и клеточную сигнализацию.
Рави Кейн, профессор P.K. Lashmet на кафедре химической и биологической инженерии имени Говарда П. Изерманна и сотрудник Центра биотехнологий и междисциплинарных исследований в Ренсселере, совместно руководил исследованием с профессором Дэвидом Шаффером с кафедры химической инженерии Калифорнийского университета в Беркли. Исследование стало возможным благодаря поддержке Управления фундаментальных энергетических наук Министерства энергетики США.
"Наше исследование демонстрирует новое применение энергии, в данном случае света, в качестве инструмента для понимания и контроля клеточных функций. Мы показали новый метод включения и выключения специфических клеточных сигнальных путей с пространственной и временной точностью и использовали его для лучшего понимания динамики пути. Одновременно наша техника может быть использована для контроля определённых клеточных функций", — заявили Кейн и Шаффер.
В перспективе, по словам Кейна, новый процесс также может однажды помочь оптимизировать клеточную функцию и производить продукты, представляющие интерес для энергетики, например, биотопливо.
Результаты исследования под названием "Оптогенетическая кластеризация белков и активация сигнализации в клетках млекопитающих" были опубликованы онлайн на прошлой неделе в Nature Methods и появятся в будущем печатном выпуске журнала.
Свет является привлекательным инструментом для манипуляции олигомеризацией, отмечает Кейн, благодаря трём свойствам: большинство биологических клеток обычно не реагируют на свет; свет легко создавать; исследователи могут легко контролировать свойства света, включая его цвет и интенсивность. В этом новом исследовании команда направляла синий свет на клетки, содержащие биоинженерный белок, и таким образом смогла активировать клеточную сигнализацию эффективнее, чем с использованием естественного лиганда Wnt3a. Эта индуцированная светом кластеризация белков была обратимой — после удаления синего света кластер распадался в течение нескольких минут. Исследователи также продемонстрировали, как использовать эту модульную технику для кластеризации белков, контролирующих форму клетки.
"Новый процесс может быть применён ко многим различным типам белков, сигнальных путей и клеток", — сказал соавтор исследования Лукаш Бугай, аспирант Калифорнийского университета в Беркли. Исследовательская группа планирует продолжить изучение новых способов контроля различных аспектов клеток и клеточных функций с помощью света.