Липучка для клеток человека: система OptoMatrix-OptoIntegrin

Способность клеток прилипать друг к другу и к окружающей среде является основой многоклеточной жизни. Адгезия происходит через различные рецепторы на поверхности клеток, которые связываются со специфическими лигандами в их окружении.

Несмотря на важность этих рецепторов адгезии, существует мало доступных инструментов для точного контроля их взаимодействия с окружающей средой.

Чтобы устранить это ограничение, междисциплинарная группа ученых из кластеров передового опыта в области анализа сигналов Фрайбурга BIOSS и CIBSS разработала рецептор адгезии и дополнительную синтетическую внеклеточную среду, которая может активироваться светом. Эта система может быть адаптирована, чтобы сделать другие взаимодействия рецептор-лиганд поддающимися точному манипулированию светом.

Ученые опубликовали свою новую оптогенетическую систему в коммуникационной биологии ( «Оптогенетический контроль взаимодействия интегрин – матрица» ).

Система ОптоМатрикс-ОптоИнтегрин

Система OptoMatrix-OptoIntegrin: Раковые клетки, экспрессирующие OptoIntegrin, видны прилипшими к OptoMatrix, но только к той части, которая освещается красным (660 нм) светом. (Изображение: J. Baaske)

Оптогенетика использует свет для контроля белков и клеточных процессов, в которые они вовлечены.

«Этот метод произвел революцию в анализе клеточной передачи сигналов, потому что он неинвазивен и потому что он позволяет осуществлять точный пространственно-временной контроль процессов передачи сигналов», – говорит ведущий автор исследования, профессор доктор Уилфрид Вебер. Оптогенетика широко используется для контроля процессов внутри клеток.

Авторы решили перенести оптогенетику во внеклеточную область, в частности, чтобы проверить, могут ли они контролировать взаимодействия рецептор-матрица с помощью света.

Команда исследователей, в которую также входили группы профессора д-ра Джеральда Радзивилла и профессора д-ра Вольфганга Шамеля, сосредоточила свое внимание на важном классе рецепторов – так называемых интегринах – которые способствуют адгезии к внеклеточному матриксу.

«Хотя интегрины играют центральную роль во многих нормальных биологических процессах, они также могут способствовать росту и распространению рака и, таким образом, были исследованы в качестве мишеней для противораковой терапии», – объясняет первый автор Юлия Бааске.

Чтобы контролировать опосредованную интегрином адгезию с помощью света, ученые сначала разработали OptoMatrix, покрытый светочувствительным растительным белком, называемым фитохромом B. Затем они разработали OptoIntegrin, снабженный фактором, взаимодействующим с фитохромом (PIF6), и экспрессировали этот рецептор в раковых клетках.

Фитохром В обычно находится в неактивной форме, но при воздействии определенной длины волны красного света он активируется и может связываться с помощью PIF6; при воздействии инфракрасного света он переключается обратно в неактивную форму.

«Самый захватывающий эксперимент был, когда мы впервые осветили красный свет на OptoMatrix: клетки, экспрессирующие OptoIntegrin, немедленно прилипли к матрице и активировали внутриклеточные сигнальные процессы. Затем, когда мы использовали инфракрасный свет, они почти полностью отсоединились», – объясняет Бааске. «По сути, мы разработали управляемую светом липучку для клеток человека».

Система не только позволяет включать и выключать интегрин-матричные взаимодействия с высокой временной точностью; это также позволяет пространственное управление. Сильное прилипание клеток, экспрессирующих OptoIntegrins, происходит только в тех частях Optomatrix, которые были активированы светом.

«Эта система служит образцом для точного пространственно-временного контроля других взаимодействий рецептор-лиганд с использованием света», – говорит Вебер, который также является членом группы докладчиков недавно запущенного кластера CIBSS Excellence Cluster. «Эта и другие оптогенетические и химические технологии контроля функций, которые будут разработаны в CIBSS, дадут нам беспрецедентный контроль и понимание пространственно-временной динамики процессов биологической сигнализации».

Источник: www.nanowerk.com