Управление клеточной смертью с помощью видимого и УФ-света стало обратимым
Разработана новая технология, использующая свет разных длин волн для контроля клеточных функций путём обратимого сборки и разборки молекул. Этот прорыв может открыть путь к новым методам лечения поверхностных раков, таких как рак кожи, а также стать мощным молекулярным инструментом для фундаментальных исследований в науках о жизни.
Исследовательская группа под руководством профессора Рю Джа-Хёна из Департамента химии UNIST создала фотопереключаемую молекулу Mito-AZB, способную многократно собираться и разбираться в ответ на свет определённых длин волн.
Результаты опубликованы в Nano Letters.
Эта молекула специфически нацеливается на митохондрии внутри клеток и оказывает контролируемое механическое напряжение на их мембраны за счёт повторяющихся циклов сборки и разборки.
При облучении видимым светом (450 нм) молекулы собираются в прочную волокнистую структуру, создавая физическое напряжение на мембране митохондрий. Напротив, при облучении ультрафиолетовым светом (350 нм) волокна разбираются.
Этот циклический процесс повреждает митохондриальную мембрану, вызывая выброс проапоптотических факторов в цитоплазму и в конечном итоге приводя к апоптозу — запрограммированной клеточной смерти.
Эксперименты показали, что после обработки молекулой и попеременного воздействия УФ и видимого света мембранный потенциал митохондрий коллапсировал, а уровни активных форм кислорода и апоптоз-связанных белков резко возрастали внутри клеток. Флуоресцентная микроскопия подтвердила накопление молекул вокруг митохондрий, что подтвердило их целевое действие.
Создание Mito-AZB включало объединение трёх ключевых компонентов:
- Направляющий элемент для доставки молекулы к митохондриям.
- Азобензольная группа, претерпевающая обратимые структурные изменения при облучении светом.
- Флуоресцентный краситель для визуализации в реальном времени под микроскопом.
Заменив митохондриальный нацеливающий компонент на молекулы, специфичные к другим органеллам, команда успешно адаптировала систему для воздействия на лизосомы и эндоплазматический ретикулум, продемонстрировав её универсальность в селективном нарушении работы различных клеточных органелл.
Профессор Рю пояснил: "Это исследование демонстрирует, что внешние световые стимулы могут точно управлять состоянием молекулярной сборки внутри клеток и соответственно модулировать клеточные ответы".
"Такая технология обещает возможности для лечения поверхностных видов рака, таких как рак кожи, с помощью целевой неинвазивной световой терапии. Кроме того, она предоставляет мощный молекулярный инструмент для фундаментальных исследований, позволяя временно ингибировать или активировать функции органелл, углубляя наше понимание клеточных механизмов".