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Les outils optogenetic neufs se montrent prometteur en traitant des troubles cardiovasculaires et neuropsychiatriques

Vous avez entendu parler de la « nature contre consolidez, » et les philosophes argumentent au sujet de ce qui est plus important. Mais comment va-t-il ce travail au niveau cellulaire ?

Bien que les gènes restent la même chose tout au long de la durée de vie, code génétique n'est pas forcément le destin d'une personne. En fait, des gènes peuvent être commutés en marche et en arrêt pour réglementer un certain nombre d'activités dans des cellules. Le fuselage fait ceci naturellement en réponse aux besoins internes ou change dans l'environnement externe, et maintenant les scientifiques peuvent commuter ces procédés en marche et en arrêt dans le laboratoire. En d'autres termes, les chercheurs ont produit les outils qui activeraient l'activation en temps réel des gènes cibles dans l'emplacement spécifique dans le génome. Cette technologie peut aider des scientifiques à illuminer la fonction des gènes pendant différents procédés biologiques et à être si tout va bien utiles en médicament régénérateur. Les chercheurs chez le Texas A&M produisent un système pour faire ceci utilisant deux éléments courants : calcium et la lumière.

Calcium--capable bien de plus que les os intenses de établissement--joue un rôle majeur dans ce système, car ses signes réglementent un certain nombre d'activités dans la cellule, de l'accroissement et du métabolisme à l'homéostasie.

Allumer le flux des ions calcium

Yubin Zhou, PhD, professeur agrégé à l'institut du Texas A&M des biosciences et technologie, aboutit se développer d'étude ce qu'il appelle le système de raccord en caoutchouc (pour l'outil de reprogrammation transcriptionnel calcium-sensible). Ce système peut régler la transcription des gènes dans le fuselage avec la haute précision--en d'autres termes, il peut dicter comment, quand et où les gènes produisent les protéines qui remplissent des fonctions cellulaires variées.

Le raccord en caoutchouc emploie un pouls simple de la lumière ou des produits chimiques qui peut induire le flux des ions calcium dans des cellules. Les chercheurs ont décrit leur technique dans un article récent publié dans la biologie de synthétique du tourillon ACS. « Cette technologie devrait permettre à des scientifiques de tourner mise en marche/arrêt un divers choix de gènes à n'importe quel emplacement en commutant simplement la lumière ou ajoutant ou retirant les composés de commande, » Zhou a dit.

Les chercheurs ont conçu le raccord en caoutchouc pour détourner les signes de calcium produits par la lumière (un Opto-CRAC, une technologie différente Zhou et son équipe étant développé) pour livrer l'outil de génome-bureau d'études dérivé du système CRISPR/Cas9 pour allumer des gènes. « Quand la lumière est branchée, les ions calcium de réglage de grilles s'ouvrent pour permettre le flux du calcium de l'espace externe dans le cytoplasme de la cellule, » a dit Nhung Nguyen, un étudiant de troisième cycle en laboratoire de Zhou qui a abouti ce travail. « Ce procédé allume éventuel l'expression des gènes spécifiques. » S'allumer de l'expression du gène mène alors aux changements du fonctionnement de la cellule.

« Nous avons examiné des douzaines de protéines conçues et de nombreux ronds subis de l'optimisation pour rendre le système de raccord en caoutchouc strictement sensible à la lumière, » a ajouté Lian lui, PhD, un étudiant de troisième cycle en laboratoire de Zhou et un Co-premier auteur de l'étude. Pour évaluer à quel point le raccord en caoutchouc efficace est réellement en cellules mammifères, l'équipe l'examinera sur les gènes qui règlent la différenciation du neurone et du muscle squelettique. Ils espèrent qu'ils pourront employer le raccord en caoutchouc en médicament régénérateur pour conduire la différenciation précise des cellules souche dans Qu'est ce que type d'organe est exigé, juste en illuminant les cellules avec la lumière.

« L'amélioration de la pénétration légère en tissu profond nous donne que l'optimisme que nous pourrions employer le raccord en caoutchouc pour reprogrammer des cellules dans les organes endommagés, » a indiqué YUN Huang, PhD, un auteur supérieur de collaboration de l'étude. « Il est possible que pendant un jour, en exposant juste les tissus à la lumière, nous puissions guérir la blessure ou accélérer la régénération des tissus blessés par expression du gène coordonnée de photo-ajustement. »

Afflux de rotation de calcium hors circuit

Dans une deuxième étude récent publiée dans le tourillon Angewandte Chemie comme article-couverture, Zhou et son équipe ont inventé un outil optogenetic neuf qui peut faire le tour opposé. Avec briller léger sur des cellules dans les tissus « excitables » tels que le nerveux et les systèmes cardio-vasculaires, l'afflux de calcium par des passerelles sur la membrane de la cellule, canaux calciques tension-déclenchés appelés, peut être arrêté. Ces glissières, qui constituent la route principale de l'entrée de calcium dans la cellule, règlent une suite de procédés physiologiques. Puisque leur dysfonctionnement est impliqué dans beaucoup de maladies, elles sont considérées un objectif thérapeutique important pour des troubles cardiovasculaires et neuropsychiatriques.

Les inhibiteurs des canaux calciques traditionnels reconnus par les Etats-Unis Food and Drug Administration ont été très utilisés pour traiter des troubles cardiovasculaires comprenant l'hypertension, l'arythmie et la maladie coronarienne. Cependant, ces médicaments tendent à entraîner des effets secondaires--y compris le mal de tête, l'oedème, pression sanguine et palpitations dangereusement inférieures--en raison de leurs effets de cytotoxicité et de hors circuit-objectif. « À cause de ces effets secondaires, produire des approches interventionnelles neuves pour compléter les inhibiteurs des canaux calciques traditionnels est indispensable dans la clinique, » Zhou a dit. « Notre outil optogenetic neuf fournit une méthode non conventionnelle pour interroger des procédés physiologiques et pathophysiologiques traités avec des médicaments par ces canaux calciques tension-déclenchés. »

Zhou et ses collaborateurs ont combiné des stratégies génétiques avec des techniques optiques à la classe nouvelle de technicien "A" des inhibiteurs génétiquement codés pour ces canaux calciques tension-déclenchés. « Après des efforts énormes d'optimisation, nous avons développé un inhibiteur photoswitchable idéal, que nous appelons optoRGK. OptoRGK a montré l'excellente inhibition lumière-inductible de l'entrée d'ion calcium en cellules excitables, » a dit les mamans de Guolin, PhD, un scientifique auxiliaire de projet en laboratoire de Zhou, qui a mené le projet.

L'équipe a vérifié cet outil en cellules de muscle cardiaque, qui ont montré des vibrations rythmiques de calcium dans l'obscurité qui a apparié le rythme battant de coeur. « Cependant, sur l'illumination légère bleue, les vibrations rythmiques peuvent être essentiellement réduites ou même mis fin, » Zhou a dit. « Notamment, ce procédé est totalement réversible après démontage de la source lumineuse. »

Avec cette méthode, les chercheurs peuvent réglementer l'activité des cellules excitables dans le nerveux et les systèmes cardio-vasculaires. « Complémentaire au système Opto-CRAC photoactivatable, l'ensemble d'outils d'optoRGK fournit une opportunité unique de couper des signes de calcium en cellules excitables, » a dit Youjun Wang, PhD, un collaborateur de cette étude d'université normale de Pékin.

« Nos outils optogenetic nouveaux peuvent être commodément appliqués pour régler un large éventail de procédés physiologiques assistés par les canaux calciques tension-déclenchés dans des systèmes biologiques multiples, » Zhou a ajouté. « Tandis que les inhibiteurs tension-déclenchés traditionnels de canal calcique manquent de la réversibilité, de la sélectivité et de la tissu-spécificité, l'optoRGK ouvre des opportunités passionnantes d'intervenir dans des procédés physiologiques relatifs avec la précision sans précédent. Nous espérons que ces genres d'études mèneront éventuellement au rétablissement neuf des dispositifs optogenetic pour guérir les maladies de cancer, cardiovasculaires et neurologiques. »