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As ferramentas optogenetic novas mostram a promessa em tratar desordens cardiovasculares, neuropsiquiátricas

Você ouviu a “natureza contra consolida,” e os filósofos argumentem sobre qual é mais importante. Mas como faz este trabalho no nível celular?

Embora os genes fiquem o mesmos durante todo o tempo, o código genético não é necessariamente o destino de uma pessoa. De facto, os genes podem ser ligados e fora regular um número de actividades dentro das pilhas. O corpo faz este naturalmente em resposta às necessidades internas ou muda-o no ambiente externo, e agora os cientistas podem ligar estes processos e fora no laboratório. Ou seja os pesquisadores criaram as ferramentas que permitiriam a activação do tempo real de genes do alvo em lugar específicos no genoma. Esta tecnologia pode ajudar cientistas a iluminar a função do gene durante processos biológicos diferentes e esperançosamente a ser úteis na medicina regenerativa. Os pesquisadores em Texas A&M estão criando um sistema para fazer este que usa dois elementos comuns: cálcio e luz.

Cálcio--capaz de distante mais do que os ossos fortes de construção--joga um papel importante neste sistema, porque seus sinais regulam um número de actividades dentro da pilha, do crescimento e do metabolismo à homeostase.

Girando sobre o fluxo de íons do cálcio

Yubin Zhou, PhD, professor adjunto no instituto de Texas A&M das ciências biológicas e tecnologia, conduz tornar-se do estudo o que chama o sistema da cenoura (para a ferramenta reprogramming transcricional cálcio-responsiva). Este sistema pode controlar a transcrição dos genes dentro do corpo com elevada precisão--ou seja puder ditar como, quando e onde os genes criam as proteínas que executam várias funções celulares.

A cenoura usa um pulso de luz simples ou de produtos químicos que possa induzir o fluxo de íons do cálcio em pilhas. Os pesquisadores descreveram sua técnica em um artigo recente publicado na biologia do Synthetic do jornal ACS. “Esta tecnologia deve permitir que os cientistas girem de ligar/desligar uma disposição diversa de genes em todo o lugar simplesmente comutando a luz ou adicionando ou retirando compostos de activação,” Zhou disse.

Os pesquisadores projectaram a cenoura sequestrar os sinais do cálcio gerados pela luz (com opto-CRAC, uma outra tecnologia Zhou e uma sua equipe desenvolvida) para entregar a ferramenta da genoma-engenharia derivada do sistema CRISPR/Cas9 para girar sobre genes. “Quando a luz é ligada, os íons do cálcio do controlo de portas abrem para permitir o fluxo do cálcio do espaço externo no citoplasma da pilha,” disse Nhung Nguyen, um aluno diplomado no laboratório de Zhou que conduziu este trabalho. “Este processo gira finalmente sobre a expressão de genes específicos.” O giro sobre da expressão genética conduz então às mudanças na função da pilha.

“Nós seleccionamos dúzias de proteínas projetadas e círculos numerosos submetidos da optimização para fazer restrita o sistema da cenoura responsivo à luz,” adicionou Lian ele, PhD, um aluno diplomado no laboratório de Zhou e um co-primeiro autor do estudo. Para avaliar como a cenoura eficaz está realmente em pilhas mamíferas, a equipe testá-la-á nos genes que controlam a diferenciação do neurônio e do músculo esqueletal. Esperam que podem usar a cenoura na medicina regenerativa para conduzir a diferenciação precisa das células estaminais no que tipo de órgão é exigido, apenas iluminando as pilhas com luz.

“A melhoria da penetração clara no tecido profundo dá-nos que o optimismo que nós poderíamos usar a cenoura para reprogram pilhas em órgãos danificados,” disse YUN Huang, PhD, um autor superior colaborador do estudo. “É possível que um dia, apenas expor os tecidos à luz, nós podemos curar a ferida ou acelerar a regeneração de tecidos feridos pela expressão genética coordenada deajustamento.”

Influxo de giro do cálcio fora

Num segundo o estudo publicado recentemente no jornal Angewandte Chemie como um artigo de capa, Zhou e sua equipe inventou uma ferramenta optogenetic nova que pudesse fazer o truque oposto. Com brilho claro em cima das pilhas nos tecidos “excitáveis” tais como os sistemas nervosos e cardiovasculares, o influxo do cálcio através dos Gateways na membrana da pilha, chamada os canais tensão-bloqueados do cálcio, pode ser desligado. Estes canais, que constituem a rota principal da entrada do cálcio na pilha, regulam uma série de processos fisiológicos. Porque sua deficiência orgânica é envolvida em muitas doenças, são considerados um alvo terapêutico importante para desordens cardiovasculares e neuropsiquiátricas.

Os construtores tradicionais do cálcio-canal aprovados pelos Estados Unidos Food and Drug Administration foram amplamente utilizados tratar as desordens cardiovasculares que incluem a hipertensão, a arritmia e a doença arterial coronária. Contudo, estas drogas tendem a causar efeitos secundários--incluindo a dor de cabeça, o edema, a hipotensão perigosamente e as palpitação--devido a seus efeitos da citotoxidade e do fora-alvo. “Devido a estes efeitos secundários, gerar aproximações interventional novas para complementar os construtores tradicionais do cálcio-canal é tão necessária na clínica,” Zhou disse. “Nossa ferramenta optogenetic nova fornece um método não-convencional para interrogar os processos fisiológicos e pathophysiological medicados por estes canais tensão-bloqueados do cálcio.”

Zhou e seus colaboradores combinaram estratégias genéticas com as técnicas ópticas à classe nova do coordenador A de inibidores genetically codificados para estes canais tensão-bloqueados do cálcio. “Após esforços tremendos da optimização, nós desenvolvemos um inibidor photoswitchable ideal, que nós chamássemos optoRGK. OptoRGK exibiu a inibição luz-inducible excelente de entrada do íon do cálcio em pilhas excitáveis,” disse Guolin miliampère, PhD, um cientista assistente do projecto no laboratório de Zhou, que encabeçou o projecto.

A equipe testou esta ferramenta nas pilhas de músculo cardíaco, que mostraram oscilações rítmicas do cálcio na obscuridade que combinou o ritmo batendo do coração. “Contudo, em cima da iluminação clara azul, as oscilações rítmicas podem substancialmente ser reduzidas ou mesmo terminado,” Zhou disse. “Notàvel, este processo é totalmente reversível após a remoção da fonte luminosa.”

Com este método, os pesquisadores podem regular a actividade de pilhas excitáveis nos sistemas nervosos e cardiovasculares. “Complementar ao sistema opto-CRAC photoactivatable, o conjunto de ferramentas do optoRGK fornece uma oportunidade original de desligar sinais do cálcio em pilhas excitáveis,” disse Youjun Wang, PhD, um colaborador deste estudo da universidade normal do Pequim.

“Nossas ferramentas optogenetic novas podem convenientemente ser aplicadas para controlar uma vasta gama de processos fisiológicos negociados pelos canais tensão-bloqueados do cálcio em sistemas biológicos múltiplos,” Zhou adicionou. “Quando os construtores tensão-bloqueados tradicionais do canal do cálcio faltarem o reversibility, a selectividade e a tecido-especificidade, o optoRGK abre oportunidades emocionantes de intervir em processos fisiológicos relacionados com precisão inaudita. Nós esperamos que estes tipos dos estudos conduzirão eventualmente à nova geração de dispositivos optogenetic para curar as doenças do cancro, as cardiovasculares e as neurológicas.”