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Las nuevas herramientas optogenetic muestran promesa en tratar desordenes cardiovasculares, neuropsiquiátricos

Usted ha oído hablar de la “naturaleza comparado con consolida,” y los filósofos discuten sobre cuáles son más importantes. ¿Pero cómo hace este trabajo sobre el nivel celular?

Aunque los genes tirante lo mismo en la vida útil, la clave genética no es necesariamente el destino de una persona. De hecho, los genes se pueden cambiar por intervalos para regular varias actividades dentro de las células. La carrocería hace esto naturalmente en respuesta a necesidades internas o cambia en el ambiente externo, y los científicos pueden ahora cambiar estos procesos por intervalos en el laboratorio. Es decir los investigadores han creado las herramientas que habilitarían la activación en tiempo real de los genes del objetivo en situaciones específicas en el genoma. Esta tecnología puede ayudar a científicos a iluminar la función del gen durante diversos procesos biológicos y esperanzadamente a ser útiles en remedio regenerador. Los investigadores en Tejas A&M están creando un sistema para hacer esto usando dos elementos comunes: calcio y luz.

Calcio--capaz lejos más que los huesos fuertes constructivos--desempeña un papel importante en este sistema, pues sus señales regulan varias actividades dentro de la célula, del incremento y del metabolismo al homeostasis.

Girar el flujo de los iones del calcio

Yubin Zhou, doctorado, profesor adjunto en el instituto de Tejas A&M de ciencia biológicas y tecnología, lleva convertirse del estudio qué él llama el sistema de la zanahoria (para la herramienta de reprogramación transcriptiva calcio-responsiva). Este sistema puede controlar la transcripción de genes dentro de la carrocería con la alta precisión--es decir puede dictar cómo, cuando y donde los genes crean las proteínas que realizan diversas funciones celulares.

La zanahoria utiliza un pulso simple de luz o las substancias químicas que pueda inducir el flujo de los iones del calcio en las células. Los investigadores describieron su técnica en un artículo reciente publicado en la biología del sintético del gorrón ACS. “Esta tecnología debe permitir que los científicos giren con./desc. un arsenal diverso de genes en cualquier situación simple cambiando la luz o agregando o replegándose composiciones que activan,” Zhou dijo.

Los investigadores diseñaron la zanahoria para secuestrar las señales del calcio generadas por la luz (con Opto-CRAC, otra tecnología Zhou y sus personas desarrolladas) para entregar la herramienta de la genoma-ingeniería derivada del sistema CRISPR/Cas9 para girar genes. “Cuando se enciende la luz, los iones del calcio de las entradas que controlan se abren para permitir el flujo del calcio del espacio externo en el citoplasma de la célula,” dijo a Nhung Nguyen, estudiante de tercer ciclo en el laboratorio de Zhou que llevó este trabajo. “Este proceso gira final la expresión de genes específicos.” El girarse de la expresión génica entonces lleva a los cambios en la función de la célula.

“Hemos revisado docenas de proteínas dirigidas y los cartuchos numerosos experimentados de la optimización para hacer el sistema de la zanahoria estrictamente responsivo a la luz,” agregó Lian él, doctorado, un estudiante de tercer ciclo en el laboratorio de Zhou y un co-primer autor del estudio. Para evaluar cómo la zanahoria efectiva está realmente en células mamíferas, las personas la probarán en los genes que controlan la diferenciación de la neurona y del músculo esquelético. Esperan que puedan utilizar la zanahoria en remedio regenerador para impulsar la diferenciación exacta de las células madres en cualquier tipo de órgano se requiere, apenas iluminando las células con la luz.

“La mejoría de la penetración liviana en tejido profundo nos da que el optimismo que podríamos utilizar la zanahoria para reprogramar las células en órganos dañados,” dijo YUN Huang, doctorado, autor mayor colaborativo del estudio. “Es posible que un día, apenas exponiendo los tejidos a la luz, podemos curar la herida o acelerar la regeneración de tejidos heridos por la expresión génica coordinada de foto-sintonización.”

Afluencia del calcio que gira lejos

En un segundo estudio publicado recientemente en el gorrón Angewandte Chemie como noticia de portada, Zhou y sus personas inventaron una nueva herramienta optogenetic que puede hacer el truco opuesto. Con el brillo liviano sobre las células en los tejidos “excitables” tales como los sistemas nerviosos y cardiovasculares, la afluencia del calcio a través de los Gateways en la membrana de la célula, llamada los canales voltaje-bloqueados del calcio, se puede apagar. Estos canales, que constituyen la ruta mayor del asiento del calcio en la célula, regulan una serie de procesos fisiológicos. Porque su disfunción está implicada en muchas enfermedades, se consideran un objetivo terapéutico importante para los desordenes cardiovasculares y neuropsiquiátricos.

Los moldes tradicionales del calcio-canal aprobados por los Estados Unidos Food and Drug Administration han sido ampliamente utilizados tratar desordenes cardiovasculares incluyendo la tensión arterial alta, la arritmia y la enfermedad de la arteria coronaria. Sin embargo, estas drogas tienden a causar efectos secundarios--incluyendo dolor de cabeza, edema, tensión arterial baja peligroso y palpitaciones--debido a sus efectos de la citotoxicidad y del lejos-objetivo. “Debido a estos efectos secundarios, generar nuevas aproximaciones interventional para complementar a los moldes tradicionales del calcio-canal es muy necesario en la clínica,” Zhou dijo. “Nuestra nueva herramienta optogenetic ofrece un método no convencional para interrogar a los procesos fisiológicos y patofisiológicos medicados por estos canales voltaje-bloqueados del calcio.”

Zhou y sus colaboradores combinaron estrategias genéticas con técnicas ópticas a la clase nueva del técnico A de los inhibidores genético codificados para estos canales voltaje-bloqueados del calcio. “Después de enormes esfuerzos de la optimización, desarrollamos un inhibidor photoswitchable ideal, que estamos llamando optoRGK. OptoRGK exhibió la inhibición luz-inducible excelente del asiento del ión del calcio en células excitables,” dijo a Guolin mA, doctorado, científico auxiliar del proyecto en el laboratorio de Zhou, que encabezó el proyecto.

Las personas probaron esta herramienta en las células musculares cardiacas, que mostraron oscilaciones rítmicas del calcio en la oscuridad que igualó el ritmo que batía del corazón. “Sin embargo, sobre la iluminación liviana azul, las oscilaciones rítmicas pueden ser reducidas substancialmente o aún terminado,” Zhou dijo. “Notablemente, este proceso es totalmente reversible después del retiro de la fuente de luz.”

Con este método, los investigadores pueden regular la actividad de células excitables en los sistemas nerviosos y cardiovasculares. “Complementario al sistema Opto-CRAC photoactivatable, la caja de herramientas del optoRGK ofrece una oportunidad única de apagar señales del calcio en células excitables,” dijo a Youjun Wang, doctorado, colaborador de este estudio de la universidad normal de Pekín.

“Nuestras herramientas optogenetic nuevas se pueden aplicar convenientemente para controlar una amplia gama de procesos fisiológicos mediados por los canales voltaje-bloqueados del calcio en sistemas biológicos múltiples,” Zhou agregó. “Mientras que los moldes voltaje-bloqueados tradicionales del canal del calcio faltan reversibilidad, selectividad y tejido-especificidad, el optoRGK abre oportunidades emocionantes de intervenir en procesos fisiológicos relacionados con la precisión sin precedente. Esperamos que estas clases de estudios lleven eventual a la nueva generación de dispositivos optogenetic para curar las enfermedades del cáncer, cardiovasculares y neurológicas.”