Совместная работа исследователей из ряда американских университетов продемонстрировала, как активируемые светом белки могут быть использованы для лечения онкологических заболеваний, говорится в пресс-релизе.

Оптогенетика — это относительно новая область науки, в которой ученые с помощью методов генной инженерии и оптических устройств отслеживают и контролируют биологические функции в клетках или тканях. Теоретически эта дисциплина обладает потенциалом управлять вашим сознанием, но поскольку в реальном мире исследователи больше озабочены решением реальных проблем, вы, скорее всего, услышите о том, что эта технология помогает лечить болезни.

Исследователи из Университета Цинциннати, Университета Иллинойса Урбана-Шампейн и Университета Буффало решили использовать эту технологию для лечения заболеваний, вызванных дисфункцией митохондрий.

Какие заболевания могут вызывать митохондрии?

Митохондрии — это клеточные органеллы, находящиеся внутри клетки и вырабатывающие энергию, необходимую для выполнения различных клеточных функций. Роль митохондрий, являющихся энергетическим центром клетки, очень велика. Количество митохондрий в клетке может достигать нескольких тысяч, а их общий объем составляет до 25% от общего объема клетки. 

Сотни митохондрий могут собираться вместе и образовывать одну большую органеллу в результате процесса, называемого слиянием. При необходимости эти органеллы также могут делиться на более мелкие части в процессе деления, и поддерживать здоровое равновесие внутри клетки.

При дисфункции митохондрий происходит нарушение процессов слияния и деления, что может стать причиной таких заболеваний, как деменция или рак. Недавно мы сообщали о другом исследовании, в котором ученые лечили смертельный вид рака, восстанавливая количество митохондрий в опухолевых клетках. 

Какую роль играет оптогенетика?

Предыдущие исследования показали, что в процессе деления митохондрий участвует еще одна клеточная органелла, называемая лизосомой. Когда лизосома сталкивается с митохондриями, она действует подобно ножницам и разделяет их. 

В своей работе исследователи использовали светочувствительные белки, встречающиеся у растений, и прикрепили их к органеллам животной клетки. Поскольку эти белки реагируют на свет, их можно использовать и для управления взаимодействием между органеллами.

В данном случае исследователи использовали два отдельных растительных белка и прикрепили их к митохондриям и лизосомам стволовых клеток. С помощью синего света растительные белки удалось активировать и заставить их соединиться друг с другом, сформировав новый белок. В то же время лизосомы вступили в контакт с митохондриями, разрезав их пополам и осуществив процесс деления.

Такая технология может быть полезна в том случае, если митохондрии слились в одну большую органеллу, и необходимо восстановить их количественный состав. А поскольку процесс активируется светом, его можно направить на определенные участки, не затрагивая соседние здоровые клетки. Сегодня деления митохондрий достигают с помощью других процессов, требующих применения токсичных агентов и химических веществ.

Что касается онкологии. Ученые считают, что, оптимизировав технологию, можно "разрывать" митохондрии до тех пор, пока не останется ни одного источника энергии для питания раковых клеток.

В настоящее время с помощью этой технологии эксперты пытаются добиться слияния митохондрий. Кроме того, ученые экспериментируют со светом разных цветов, в частности, зеленым и красным, а также инфракрасным, который будет необходим для проникновения в ткани человека. " Один цвет должен заставить органеллы собраться вместе, в то время как другой цвет заставляет их разделиться. Это позволит нам точно регулировать процессы, протекающие между ними", - считает Кай Чжан, доцент университета Illinois Urbana-Champaign.

Результаты данного эксперимента были представлены в издании Nature Communications.

Источники: Journal Nature Communications.

1. (https://www.nature.com/articles/s41467-022-31970-5)
2. (https://www.uc.edu/news/articles/2022/08/using-light-to-restore-cell-function.html)