ابزار اپتوژنتیک دینامیک مکانیک سلولی و بافتی را به نور می آورد

یک تیم تحقیقاتی در موسسه ملی بیولوژی پایه (NIBB) یک ابزار اپتوژنتیکی را توسعه دادند که می‌تواند نیروی انقباضی سلولی را کاهش دهد تا درک بهتری از چگونگی نیروهای انقباضی ایجاد شده توسط سلول‌ها - نیروهایی که بر مجموعه‌ای از فرآیندهای بیولوژیکی از جمله تحرک سلولی، سیتوکینز و بافت تأثیر می‌گذارند. مورفوژنز - بر پویایی سلول تأثیر می گذارد. این ابزار که OptoMYPT نام دارد از نور آبی برای ایجاد آرامش در انقباض اکتومیوزین در سطح درون سلولی استفاده می کند. میوزین II غیر عضلانی را غیرفعال می کند، پروتئینی که به اکتین متصل می شود و در هماهنگی با رشته های اکتین، انقباض سلولی ایجاد می کند.

محققان دریافتند که نور آبی از طریق OptoMYPT برای کاهش نیروی انقباضی اکتومیوزین در سلول‌های پستانداران و جنین Xenopus کافی است.

به گفته کازوهیرو آئوکی، پروفسور NIBB، تیم بر این باور است که این ابزار برای درک پدیده‌های مختلف جنینی و بیولوژیکی سلولی مربوط به اسکلت سلولی اکتومیوزین مفید خواهد بود.

آئوکی گفت: "ما در آینده انتظار داریم که بتوان از آن برای طراحی آزادانه شکل سلول ها و بافت ها و برای تشکیل اندام های مصنوعی استفاده کرد."

محققان بر روی زیرواحد هدف 1 میوزین فسفاتاز (MYPT1)، پروتئینی که برای غیرفعال کردن میوزین لازم است، برای توسعه OptoMYPT تمرکز کردند. MYPT1 پروتئین فسفاتاز 1c (PP1c) را در مجاورت میوزین فسفریله می آورد که منجر به دفسفوریلاسیون و غیرفعال شدن میوزین می شود.

OptoMYPT از دامنه اتصال PP1c MYPT1 برای دستکاری نوری محلی سازی PP1c که در ابتدا در سلول ها وجود داشت استفاده می کند.

محققان یک دامنه اتصال به PP1c از MYPT1 را با یک دایمرکننده اپتوژنتیک ترکیب کردند تا به جذب وابسته به نور PP1c درون زا به غشای پلاسمایی اجازه دهند. آنها از یک پروتئین فعال کننده نوری به نام iLID (Dimer بهبود یافته ناشی از نور) برای کنترل محلی سازی و فعالیت پروتئین ها با نور استفاده کردند. تابش نور آبی باعث می شود که پروتئین iLID به پروتئین های اتصال تک رشته ای (SspB) متصل شود.

محقق Kei Yamamoto گفت: "ابتدا، پروتئین iLID در غشای سلولی موضعی می شود، در حالی که SspB ترکیب شده با PP1BD MYPT1 در سیتوپلاسم بیان می شود." سپس قرار گرفتن در معرض نور آبی باعث انتقال SspB-PP1BD از سیتوپلاسم به غشاء از طریق اتصال به iLID می شود که منجر به جذب مشترک PP1c درون زا به غشاء می شود. در نهایت، PP1c جذب شده توسط غشاء، میوزین را در نزدیکی غشای سلولی دفسفریله و غیرفعال می کند.

هنگامی که سلول های بیان کننده OptoMYPT در معرض تابش نور آبی قرار گرفتند، PP1c به غشای سلولی منتقل شد و نیروی انقباضی با واسطه اکتین و میوزین کاهش یافت.

هنگامی که محققان برای تضعیف نیروی کششی ایجاد شده در قشر سلول، نور آبی را به هر دو قطب سلول تقسیم می‌تابانند، نتیجه شتاب در سرعت نفوذ شیار شکاف سلولی بود. هنگامی که کشش قشر سلولی تنها در یک طرف ضعیف شد، محققان همچنین دریافتند که یک جریان سیتوپلاسمی نوسانی بین دو سلول دختر رخ می دهد.

قدرت و تقارن نیروهای ایجاد شده در سطح سلول برای پیشرفت طبیعی تقسیم سلولی ضروری است.

سیستم OptoMYPT می‌تواند فرصت‌هایی برای درک بهتر مکانیک مورفوژنز و شکل‌دهی مورفولوژی سلول‌ها و بافت‌ها با دقت و انعطاف‌پذیری فراهم کند. با ترکیب ابزارهای اپتوژنتیکی پاسخگو به نور قرمز با ابزارهای پاسخگو به نور آبی مانند OptoMYPT، دانشمندان می توانند مورفولوژی پیچیده تری را با افزایش یا کاهش نیروی انقباضی در همان سلول ها و بافت ها ایجاد کنند.