Protein afledt af havre bindes til celle-selvmordsenzym i ny teknik

Evnen til selektivt at udrydde bestemte celletyper fra flercellede organismer gør det muligt for forskere at dechiffrere disse cellers funktioner, men de tilgængelige værktøjer til at gøre det - uanset om det er kirurgisk, kemisk, eller genetisk - er upræcise og langt fra ideelle. Nu, proteiningeniører og neurobiologer ved UC San Francisco er gået sammen om at skabe en biologisk lyssabel - et konstrueret protein, der kan dræbe specifikke celler ved blot at udsætte dem for lys.

Sådanne celleablationsteknikker har været særligt vigtige inden for neurovidenskab. Nogle af de tidligste indsigter om hjernens funktion var baseret på observationer af patienter, der havde specifikke læsioner i forskellige hjerneområder. Forskere udviklede efterfølgende præcise metoder til at efterligne sådanne "eksperimenter i naturen, "ablation af bestemte celler eller væv for at dissekere deres normale funktion. Senest, forskere har brugt laserablationer, genetisk udløste toksiner, og endda lysbaserede kontakter, der sætter oxidationsmidler i gang på et drab. Men disse teknikker mangler præcision og skaber normalt mere skade, herunder fra betændelse, end det er nødvendigt.

Den nye undersøgelse - der vil blive offentliggjort i løbet af ugen den 11. september, 2017 i Online Early Edition af Procedurer fra National Academy of Sciences ( PNAS ) - rapporterer, at proteinet, som forskerne kaldte "Caspase-LOV, "bruger lys til at udnytte apoptose, en naturlig "celle-selvmord" -vej, hvor celler under visse omstændigheder kan udløse deres egen død.

Caspase-LOV, udtænkt i eksperimenter ledet af kandidatstuderende Ashley Smart, er såkaldt, fordi det forbinder LOV (lys-oxygen-spændingsfølende domæne), en molekylær lyssensor afledt af havre, til caspase-3, den menneskelige version af et enzym, der er afgørende for apoptose.

Fordi apoptose er en grundlæggende biologisk proces, bruges under normal udvikling til at beskære unødvendige celler, og at bortskaffe defekte, den er knivskarp og fremkalder en ren, ikke-inflammatorisk form for celledød. Når celler er akut skadet, de spilder alt deres indhold, men apoptotiske celler krymper og absorberes af naboceller eller af immunceller - caspase -slutspillet er en ryddig celledød uden betændelse i omgivende væv.

"Caspases er som nedrivningseksperter, "sagde James A. Wells, Ph.d., professor og formand for farmaceutisk kemi ved UCSF School of Pharmacy, og med-seniorforfatter af den nye undersøgelse "De ved, hvor de skal lægge sprængstof i en bro for at bringe det ned uden at skulle bruge et atomvåben. En af grundene til at bruge caspases til at dræbe er, fordi de gør det på en meget ren måde - i modsætning til ablateringsceller med lasere eller kirurgi hvilket er rodet og ikke præcist, dette fører til en proces til fjernelse af lig, som naturen forstår at håndtere, uden nogen sikkerhedsskade på vævet. "

Smart og Wells fik selskab i undersøgelsen af ​​co-seniorforfatter Graeme "Grae" Davis, Ph.d., Albert Bowers -professor og formand for Institut for Biokemi og Biofysik ved UCSF, og medlem af UCSF Kavli Institute for Fundamental Neuroscience.

Da lys let trænger ind i embryonerne af frugtfluen Drosophila, forfatterne mener, at Caspase-LOV umiddelbart vil være nyttig for laboratorier, såsom Davis, der studerer denne vigtige modelorganisme, men de sagde, at værktøjet også i sidste ende også kunne bruges i andre organismer, såsom mus, ved at bruge fiberoptik til at belyse og præcist fjerne celler.

Caspase-LOV celledødskontakten fungerer enkelt og elegant. Forskere kan på forhånd beslutte, hvilke celletyper der skal bære Caspase-LOV, og også kontrol, når lys rammer disse celler for at fremkalde apoptose. Holdet demonstrerede i deres nye undersøgelse, for eksempel, at da Caspase-LOV blev udtrykt i frugt-flyve motorneuroner, disse neuroner døde ved udsættelse for lys, påvirker dermed fluernes evne til at bevæge sig. Tilsvarende holdet var i stand til selektivt at ablere specifikke celler i nethinden ved blot at udsætte frugtfluens sammensatte øjne for lys.

Fordi varigheden af ​​lyseksponering er direkte korreleret med omfanget af celledød, Wells sagde, Caspase-LOV kan være et kraftfuldt værktøj til at undersøge mekanismerne for neurodegeneration, en proces, der forekommer over en længere periode i menneskelige sygdomme som Alzheimers og Parkinsons.

"Vi er begejstrede for det her, "sagde Wells, også Harry Wm. og Diana V. Hind Distinguished Professor of Pharmaceutical Sciences ved UCSF. "Der er allerede et par laboratorier, der bruger det, og jeg tror, ​​at mere vil følge nu, da vi har offentliggjort disse fund. "