توسعه یک ابزار اپتوژنتیکی برای مطالعه دینامیک سلولی

یک تیم تحقیقاتی در موسسه ملی بیولوژی پایه (NIBB) ابزار اپتوژنتیکی را توسعه دادند که می‌تواند نیروی انقباضی سلولی را کاهش دهد و با این کار درک بهتری از چگونگی نیروهای انقباضی ایجاد شده توسط سلول‌ها را میسر می‌کند، نیروهایی که مجموعه‌ای از فرآیندهای زیستی از جمله تحرک سلولی، سیتوکینز و بافت را تحت تاثیر قرار می‌دهند. این ابزار که OptoMYPT نام دارد از نور آبی برای ایجاد آرامش در انقباض اکتومیوزین در سطح درون سلولی استفاده می‌کند. میوزین II غیر عضلانی را غیرفعال می‌کند، پروتئینی که به اکتین متصل می‌شود و در هماهنگی با رشته‌های اکتین، انقباض سلولی ایجاد می‌کند.

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 پژوهشی وی بر این باور است که این ابزار برای درک پدیده‌های مختلف جنینی و زیست‌سلولی مربوط به اسکلت سلولی اکتومیوزین مفید خواهد بود.

آئوکی گفت: «در آینده، ما انتظار داریم که بتوان از آن برای طراحی آزادانه شکل سلول‌ها و بافت‌ها و برای تشکیل اندام‌های مصنوعی استفاده کرد.»

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

OptoMYPT از دامنه اتصال PP1cدر MYPT1 برای دستکاری نوری  PP1c که در ابتدا در سلول‌ها وجود داشت استفاده می‌کند.

محققان یک دامنه اتصال به PP1c از MYPT1 را با یک دایمرای اپتوژنتیک ترکیب کردند. آنها از یک پروتئین فعال کننده نوری به نام iLID ( دایمر بهبود یافته ناشی از نور) برای کنترل محلی سازی و فعالیت پروتئین‌ها با نور استفاده کردند. تابش نور آبی باعث می‌شود که پروتئین iLID به پروتئین‌های اتصال تک رشته ای (SspB) متصل شود.

هنگامی که سلول‌های 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 نور آبی را به هر دو قطب سلول تقسیم می‌تابانند تا نیروی کششی ایجاد شده در قشر سلولی را تضعیف کنند. هنگامی که کشش قشر سلولی تنها در یک طرف ضعیف شد، محققان همچنین دریافتند که یک جریان سیتوپلاسمی نوسانی بین دو سلول رخ می‌دهد.

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.

نتایج این تحقیق در Nature Communications منتشر شده است.