Исследователи из Техасского A&M университета (College Station, TX) разрабатывают оптико-электронные инструменты, которые могут вызывать активацию генов-мишеней в реальном времени в определенных участках генома. Эта технология может помочь ученым изучить функцию гена при различных биологических процессах, которые могут быть полезны в регенеративной медицине. Кальций играет важную роль в этой системе, поскольку ее сигналы регулируют ряд действий внутри клетки, от роста и метаболизма до гомеостаза.
Yubin Zhou, Ph.D., Юбин Чжоу, профессор Техасского университета биологических наук и технологии A&M, возглавляет разработку устройства для перепрограммирования транскрипции генов (получившего название CaRROT), отвечающих кальций-опосредованные сигнальные механизмы. Эта система может контролировать транскрипцию генов в организме с высокой точностью - она может диктовать, как, когда и где гены создают белки, которые выполняют различные клеточные функции. CaRROT использует импульс света или химические вещества, которые могут стимулировать поток ионов кальция в клетки, что, по словам Чжоу, должно позволить ученым включать или выключать разнообразные гены в любом месте путем переключения света или добавления или удаления активирующих соединений.
Исследователи разработали CaRROT для детекции сигналов кальция, генерируемых светом (с помощью Opto-CRAC, другой технологии, разработанной Чжоу и его командой) для инструмента для создания генома, полученного из системы CRISPR / Cas9, для включения генов. «Когда свет включен, ворота, управляющие ионами кальция, открываются, чтобы поток кальция из внешнего пространства попадал в цитоплазму клетки», - говорит Нгунг Нгуен, аспирант лаборатории Чжоу, который руководил работой. «Этот процесс в конечном итоге включает экспрессию конкретных генов», - говорит она, что приводит к изменениям в функции клетки.
«Мы скринировали десятки разработанных белков и прошли многочисленные этапы оптимизации, чтобы система CaRROT строго реагировала на свет», - добавляет Лиан Хэ, доктор философии, аспирант в лаборатории Чжоу и один из первых авторов исследования. Чтобы оценить, насколько эффективен CaRROT в клетках млекопитающих, команда проверит его на генах, которые контролируют дифференциацию нейронов и скелетных мышц. Они надеются, что они смогут использовать CaRROT в регенеративной медицине для обеспечения точной дифференциации стволовых клеток в любой тип органа, просто освещая клетки светом.
«Улучшение проникновения света в глубокие ткани дает нам оптимизм, что мы можем использовать CaRROT для перепрограммирования клеток в поврежденных органах», - говорит Юнь Хуан, доктор философии, совместный старший автор исследования. «Возможно, что в один прекрасный день, просто обнажив ткани, мы сможем исцелить рану или ускорить регенерацию поврежденных тканей путем фотонастройки координированной экспрессии генов».
Источник: Angewandte Chemie
