Velcro для человеческих клеток

Способность клеток прилипать друг к другу и к своему окружению лежит в основе многоклеточной жизни. Адгезия происходит через разнообразные рецепторы на поверхности клеток, которые связываются со специфическими лигандами в окружающей среде. Несмотря на важность этих рецепторов адгезии, существует нехватка инструментов для точного контроля их взаимодействий с окружением. Чтобы решить эту проблему, междисциплинарная команда учёных из Фрайбургских кластеров передовых исследований BIOSS и CIBSS создала рецептор адгезии и комплементарную синтетическую внеклеточную среду, которые можно активировать светом. Эта система может быть адаптирована для точного управления светом другими взаимодействиями рецептор–лиганд. Учёные опубликовали свою новую оптогенетическую систему в Communications Biology.

Оптогенетика использует свет для контроля белков и клеточных процессов, в которых они участвуют. «Эта техника произвела революцию в анализе клеточной сигнализации, потому что она неинвазивна и позволяет осуществлять точный пространственно-временной контроль сигнальных процессов», — говорит ведущий автор исследования, профессор д-р Вильфрид Вебер. Оптогенетика широко использовалась для контроля процессов внутри клеток. Авторы решили перенести оптогенетику во внеклеточную сферу, чтобы проверить, можно ли контролировать взаимодействия рецептор–матрикс с помощью света.

Команда исследователей, в которую также входили группы профессора д-ра Геральда Радзивилла и профессора д-ра Вольфганга Шамеля, сосредоточила внимание на важном классе рецепторов — интегринах, которые обеспечивают адгезию к внеклеточному матриксу. «Хотя интегрины играют центральную роль во многих нормальных биологических процессах, они также могут способствовать росту и распространению рака и поэтому изучались как мишени для противораковой терапии», — объясняет первый автор Юлия Баас.

Чтобы контролировать опосредованную интегринами адгезию с помощью света, учёные сначала разработали OptoMatrix, покрытый светочувствительным растительным белком фитохромом B. Затем они создали OptoIntegrin, оснащённый взаимодействующим с фитохромом фактором (PIF6), и экспрессировали этот рецептор в раковых клетках. Фитохром B обычно находится в неактивной форме, но при воздействии света определённой длины волны (красного) он активируется и может связываться с PIF6; при воздействии инфракрасного света он возвращается в неактивную форму. «Самый захватывающий эксперимент был, когда мы впервые посветили красным светом на OptoMatrix: клетки, экспрессирующие OptoIntegrin, немедленно прилипли к матриксу и активировали внутриклеточные сигнальные процессы. Затем, когда мы использовали инфракрасный свет, они почти полностью отсоединились», — объясняет Баас. «По сути, мы разработали светоуправляемую липучку для человеческих клеток».

Система не только позволяет включать и выключать взаимодействия интегрин–матрикс с высокой временной точностью, но и обеспечивает пространственный контроль. Сильное прилипание клеток, экспрессирующих OptoIntegrins, происходит только на тех частях Optomatrix, которые были активированы светом. «Эта система служит шаблоном для точного пространственно-временного контроля других взаимодействий рецептор–лиганд с помощью света», — говорит Вебер, который также является членом руководящей группы недавно запущенного кластера передовых исследований CIBSS. «Эта и другие оптогенетические и химические технологии контроля функций, которые будут разработаны в CIBSS, дадут нам беспрецедентный контроль и понимание пространственно-временной динамики биологических сигнальных процессов».