La luz azul ilumina una nueva comprensión de una vía de señalización clave en el desarrollo fetal, el mantenimiento de tejidos y la formación de cáncer.
Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han desarrollado un método que utiliza luz azul para activar la vía de señalización Wnt (pronunciado «went») en embriones de rana. El equipo dice que la vía juega una variedad de roles en el desarrollo animal y humano, y la capacidad de regularla con luz permitirá a los investigadores estudiar mejor sus diversas funciones.
Dirigido por Kai Zhang, profesor de bioquímica, y Jing Yang, profesor de biociencias comparadas, el equipo de investigación publicó su trabajo en el Journal of Molecular Biology, seleccionándolo como un comunicador distinto, que representa el 1% superior de los artículos.
La vía Wnt es activada por un receptor de la superficie celular que desencadena una respuesta en cascada dentro de la célula. Demasiada o muy poca señal puede ser desastrosa, dijo Zhang, lo que hace que sea extremadamente difícil estudiar la vía utilizando técnicas estándar para estimular los receptores de la superficie celular.
Durante el desarrollo embrionario, Wnt regula el crecimiento de muchos órganos como la cabeza, la médula espinal y los ojos. También preserva las células madre en muchos tejidos en adultos: mientras que la señalización de Wnt insuficiente conduce a fallas en la reparación del tejido, la señalización de Wnt elevada puede provocar cáncer «.
Jing Yang, profesor de ciencias biológicas comparadas
Es muy difícil lograr el equilibrio necesario con métodos estándar para regular tales vías, como la catálisis química, dijo Zhang. Para abordar esto, los investigadores diseñaron la proteína receptora para responder a la luz azul. Con este enfoque, pueden ajustar el nivel de Wnt modulando la intensidad y la duración de la luz.
«La luz se ha utilizado como una estrategia de tratamiento en la terapia fotodinámica, con las ventajas de la biocompatibilidad y ningún efecto residual en el área expuesta. Sin embargo, la mayoría de la fototerapia normalmente utiliza la luz para generar sustancias químicas de alta energía, por ejemplo, especies reactivas de oxígeno, sin diferenciar los tejidos. . Pacientes sanos y enfermos, lo que hace imposible focalizar el tratamiento «. «En nuestro trabajo, hemos demostrado que la luz azul puede activar la vía de señalización dentro de las diferentes partes del cuerpo de los embriones de rana. Imaginamos que la estimulación espacialmente específica de la función celular puede aliviar los desafíos de la toxicidad fuera del objetivo».
Los investigadores demostraron su técnica y verificaron su sintonía y sensibilidad estimulando el crecimiento de la médula espinal y la cabeza en embriones de rana. Ellos plantean la hipótesis de que su técnica también se puede aplicar a otros receptores unidos a la membrana que han demostrado ser difíciles de apuntar, así como a otros animales que comparten la vía Wnt, lo que permite una mayor comprensión de cómo estas vías regulan el desarrollo y qué sucede cuando terminan. —O subestimulado.
«A medida que continuamos expandiendo nuestros sistemas sensibles a la luz para cubrir otras vías de señalización esenciales que subyacen al desarrollo embrionario, proporcionaremos a la comunidad de biología del desarrollo un valioso conjunto de herramientas que pueden ayudarles a determinar las consecuencias de la señalización subyacente a muchos procesos de desarrollo», Yang. dicho.
Los investigadores también esperan que su enfoque basado en la luz para estudiar Wnt pueda iluminar la reparación de tejidos y la investigación del cáncer en tejidos humanos.
«Debido a que los cánceres a menudo implican una señalización hiperactiva, imaginamos que un activador de Wnt fotosensible se puede utilizar para estudiar el desarrollo del cáncer en las células vivas», dijo Zhang. «En combinación con las imágenes de células vivas, podremos cuantificar cuantitativamente el umbral de señalización que puede convertir una célula normal en una cancerosa, proporcionando así los datos iniciales para el desarrollo terapéutico específico en la medicina de precisión en el futuro».
Fuente:
Referencia de la revista:
Krishnamurthy, V.V., et al. (2021) Control optogenético de la vía de señalización canónica Wnt durante el desarrollo embrionario de Xenopus laevis. Revista de biología molecular. doi.org/10.1016/j.jmb.2021.167050.
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