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I nuovi strumenti optogenetic mostrano la promessa nel trattamento dei disordini cardiovascolari e neuropsichiatrici

Avete sentito parlare “la natura contro consolidate,„ ed i filosofi discutono quale sono più importanti. Ma come fa questo lavoro al livello cellulare?

Sebbene i geni restino lo stessi durante la durata della vita, il codice genetico non è necessariamente il destino di una persona. Infatti, i geni possono essere passati in funzione e a riposo per regolamentare una serie di attività all'interno delle celle. L'organismo fa naturalmente questo in risposta ai bisogni interni o cambia nell'ambiente esterno ed ora gli scienziati possono passare questi trattamenti in funzione e a riposo in laboratorio. Cioè i ricercatori hanno creato gli strumenti che permetterebbero all'attivazione in tempo reale dei geni dell'obiettivo nelle posizioni specifiche nel genoma. Questa tecnologia può aiutare gli scienziati ad illuminare la funzione del gene durante i trattamenti biologici differenti ed eventualmente ad essere utili nella medicina a ricupero. I ricercatori al Texas A&M stanno creando un sistema per fare questo facendo uso di due elementi comuni: calcio ed indicatore luminoso.

Calcio--capace di molto più delle ossa forti di costruzione--svolge un ruolo importante in questo sistema, poichè i sui segnali regolamentano una serie di attività all'interno della cella, dalla crescita e dal metabolismo ad omeostasi.

Accendere il flusso degli ioni del calcio

Yubin Zhou, PhD, professore associato all'istituto del Texas A&M delle scienze biologiche e la tecnologia, piombo lo sviluppo di studio che cosa chiama il sistema della carota (per lo strumento riprogrammante trascrizionale calcio-rispondente). Questo sistema può gestire la trascrizione dei geni all'interno dell'organismo con alta precisione--cioè può dettare come, quando e dove i geni creano le proteine che eseguono le varie funzioni cellulari.

La carota usa un impulso semplice di indicatore luminoso o dei prodotti chimici che può indurre il flusso degli ioni del calcio nelle celle. I ricercatori hanno descritto la loro tecnica in un articolo recente pubblicato nella biologia del sintetico del giornale ACS. “Questa tecnologia dovrebbe permettere che gli scienziati girino inserita/disinserita una diversa schiera dei geni a tutta la posizione semplicemente passando l'indicatore luminoso o aggiungendo o ritirando i composti d'attivazione,„ Zhou ha detto.

I ricercatori hanno progettato la carota per dirottare i segnali del calcio generati da indicatore luminoso (con Opto-CRAC, un'altra tecnologia Zhou ed il suo gruppo sviluppato) per consegnare lo strumento di genoma-assistenza tecnica derivato dal sistema CRISPR/Cas9 per accendere i geni. “Quando l'indicatore luminoso è inserito, gli ioni gestenti del calcio dei portoni si aprono per permettere il flusso di calcio dallo spazio esterno nel citoplasma della cella,„ ha detto Nhung Nguyen, un dottorando nel laboratorio di Zhou che piombo questo lavoro. “Questo trattamento infine accende l'espressione dei geni specifici.„ La tornitura sopra dell'espressione genica poi piombo ai cambiamenti nella funzione della cella.

“Abbiamo schermato dozzine di proteine costruite e numerosi giri subiti di ottimizzazione per rendere il sistema della carota rigorosamente rispondente ad indicatore luminoso,„ ha aggiunto Lian lui, PhD, un dottorando nel laboratorio di Zhou e un co-primo autore dello studio. Per valutare come l'efficace carota realmente è in cellule di mammiferi, il gruppo la esaminerà sui geni che gestiscono la differenziazione del neurone e del muscolo scheletrico. Sperano che possano utilizzare la carota nella medicina a ricupero per determinare la differenziazione precisa delle cellule staminali in qualsiasi tipo di organo è richiesto, appena illuminando le celle con indicatore luminoso.

“Il miglioramento dell'infiltrazione leggera in tessuto profondo ci dà che l'ottimismo che potremmo usare la carota per riprogrammare le celle negli organi nocivi,„ ha detto il YUN Huang, il PhD, un autore senior di collaborazione dello studio. “È possibile che l'un giorno, appena esponendo i tessuti all'indicatore luminoso, possiamo guarire la ferita o accelerare la rigenerazione dei tessuti feriti da espressione genica coordinata foto-di sintonia.„

Afflusso del calcio di tornitura fuori

In un secondo studio recentemente pubblicato nel giornale Angewandte Chemie come notizia da copertina, Zhou ed il suo gruppo hanno inventato un nuovo strumento optogenetic che può fare il trucco opposto. Con splendere leggero sopra le celle nei tessuti “eccitabili„ quali il nervoso e gli apparati cardiovascolari, l'afflusso del calcio tramite i gateway sulla membrana della cella, chiamata canali tensione-gated del calcio, può essere spento. Questi canali, che costituiscono l'itinerario principale dell'entrata del calcio nella cella, regolamentano una serie di trattamenti fisiologici. Poiché la loro disfunzione è compresa in molte malattie, sono considerati un obiettivo terapeutico importante per i disordini cardiovascolari e neuropsichiatrici.

Gli stampi tradizionali di calcio-Manica approvati dagli Stati Uniti Food and Drug Administration sono stati ampiamente usati trattare i disordini cardiovascolari compreso ipertensione, l'aritmia e la coronaropatia. Tuttavia, queste droghe tendono a causare gli effetti secondari--compreso l'emicrania, l'edema, pericolosamente l'ipotensione e le palpitazioni--dovuto i loro effetti dell'fuori obiettivo e di citotossicità. “A causa di questi effetti secondari, generare i nuovi approcci interventional per complementare gli stampi tradizionali di calcio-Manica è tanto necessaria nella clinica,„ Zhou ha detto. “Il nostro nuovo strumento optogenetic fornisce un metodo non convenzionale per interrogare i trattamenti fisiologici e patofisiologici medicati da questi canali tensione-gated del calcio.„

Zhou ed i suoi collaboratori hanno combinato le strategie genetiche con le tecniche ottiche alla classe novella dell'AT. "A" di inibitori geneticamente codificati per questi canali tensione-gated del calcio. “Dopo gli sforzi tremendi dell'ottimizzazione, abbiamo sviluppato un inibitore photoswitchable ideale, che stiamo chiamando optoRGK. OptoRGK ha esibito l'inibizione luminoso viscoelastica eccellente di entrata dello ione del calcio in celle eccitabili,„ ha detto Guolin il mA, il PhD, uno scienziato di aiuto del progetto nel laboratorio di Zhou, che condutto il progetto.

Il gruppo ha collaudato questo strumento in celle di muscolo cardiaco, che hanno mostrato le oscillazioni ritmiche di calcio nello scuro che ha abbinato il ritmo battente del cuore. “Tuttavia, sopra l'illuminazione leggera blu, le oscillazioni ritmiche possono essere diminuite sostanzialmente o persino terminato,„ Zhou ha detto. “Considerevolmente, questo trattamento è completamente reversibile dopo rimozione della sorgente luminosa.„

Con questo metodo, i ricercatori possono regolamentare l'attività delle celle eccitabili nel nervoso e negli apparati cardiovascolari. “Complementare all'Opto-CRAC sistema photoactivatable, il toolkit del optoRGK fornisce un'opportunità unica di spengere i segnali del calcio in celle eccitabili,„ ha detto Youjun Wang, il PhD, un collaboratore di questo studio dall'università normale di Pechino.

“I nostri strumenti optogenetic novelli possono applicarsi convenientemente per gestire una vasta gamma di trattamenti fisiologici mediati dai canali tensione-gated del calcio nei sistemi biologici multipli,„ Zhou ha aggiunto. “Mentre gli stampi tensione-gated tradizionali del canale del calcio mancano della reversibilità, della selettività e della tessuto-specificità, il optoRGK apre le opportunità emozionanti di intervenire nei trattamenti fisiologici relativi con precisione senza precedenti. Speriamo che questi generi di studi finalmente piombo alla nuova generazione di unità optogenetic per la maturazione delle malattie cardiovascolari e neurologiche del cancro.„