Nowa metoda precyzyjnego niszczenia problematycznych komórek za pomocą światła może przyczynić się do lepszego zrozumienia raka i chorób zapalnych oraz przyczynić się do ich leczenia, donoszą naukowcy z University of Illinois Urbana-Champaign.

Zapalna śmierć komórek, znana jako nekroptoza, jest ważnym narzędziem regulacyjnym w arsenale organizmu przeciwko chorobie. Jednak w przypadku niektórych chorób proces ten może wymknąć się spod kontroli; na przykład komórki rakowe są w stanie tłumić sygnały zapalne i w ten sposób uniknąć śmierci.

Zwykle leczenie raka polega na indukcji farmakologicznej w celu zabicia komórek, ale te substancje chemiczne mają tendencję do dyfundowania przez tkanki i trudno jest je ograniczyć do konkretnego miejsca. Otrzymujesz wiele niepożądanych efektów. Możemy sprawić, że komórki zareagują na światło i możemy skupić wiązkę światła tak, aby była mniejsza niż jedna komórka. W ten sposób możemy użyć światła, aby bardzo precyzyjnie namierzyć komórkę i włączyć jej ścieżkę śmierci.

Kai Zhang, kierownik studiów, profesor biochemii na Uniwersytecie Illinois

Naukowcy wykorzystują metodę zwaną optogenetyką, aby sprawić, by komórki reagowały na światło. Pożyczyli gen aktywowany światłem z roślin i wstawili go do kultur komórek jelitowych, przyłączając go do genu RIPK3, białka regulującego nekroptozę.

„Po aktywacji RIPK3 ulega oligomeryzacji – tworzy skupiska kompleksów białkowych. Nasze wrażliwe na światło białka grupują się, gdy są wystawione na działanie niebieskiego światła. Tak więc poprzez wywoływanie połączenia się białek wrażliwych na światło, RIPK3 łączy się i tworzy oligomery, i tak właśnie naśladujemy ścieżkę aktywacji” – powiedziała studentka Teak-Jung Oh, pierwsza autorka artykułu opublikowanego w Czasopismo biologii molekularnej.

Jednak zabicie samej komórki nie jest jedynym celem. Indukowanie zapalnej ścieżki śmierci komórki, zamiast całkowitego zabicia komórki mechanicznie lub chemicznie, wyzwala reakcję układu odpornościowego. Pęknięte komórki uwalniają substancje chemiczne zwane cytokinami, które podrażniają pobliskie komórki i przyciągają limfocyty T, białe krwinki, które odgrywają ważną rolę w tym, jak układ odpornościowy identyfikuje i atakuje zagrożenia, powiedział Zhang.

„Niektóre typy komórek nowotworowych tworzą lokalne środowisko immunosupresyjne, w którym komórki T albo nie są rekrutowane, albo, jeśli już się pojawią, nie rozpoznają go jako zagrożenia i nie infiltrują obszaru nowotworowego. Ale otwierając niektóre komórki nowotworowe poprzez nekroptozę, mamy nadzieję modulować to środowisko immunosupresyjne i pomóc wytrenować komórki T do rozpoznawania i atakowania raka” — powiedział Zhang, który jest członkiem Cancer Center w Illinois.

Ponieważ system optogenetyczny wymaga dostarczania światła bezpośrednio do tkanek, ludzkie zastosowania kliniczne w tkankach głębszych niż skóra są obecnie ograniczone. Jednak grupa z Illinois planuje wdrożyć swój system u myszy, aby dalej badać nekroptozę i odpowiedź immunologiczną w nowotworach i innych chorobach zapalnych. Będą również dalej badać potencjał platformy in vitro do trenowania komórek T do terapii immunologicznych.

„Zrozumienie szlaku sygnalizacji komórkowej dla nekroptozy jest szczególnie ważne, ponieważ wiadomo, że jest on powiązany z chorobami takimi jak choroby neurodegeneracyjne i zapalne choroby jelit. Ważne jest, aby wiedzieć, jak nekroptoza wpływa na postęp tych chorób. A jeśli nie znasz mechanizmów molekularnych, tak naprawdę nie wiesz, co należy zrobić, aby spowolnić postęp” – powiedział Oh.

Prace te wsparły National Institute of General Medical Sciences i National Institute of Mental Health of the National Institutes of Health, National Science Foundation i Cancer Center at Illinois. Zhang jest również powiązany z Beckman Institute for Advanced Science and Technology at Illinois.