Откриха начин за унищожаване на ракови клетки чрез светлина

Оптогенетиката, нов ефективен инструмент на биофизиците, позволява контролиране на клетки и процеси в тях чрез светлина.

Методът се базира на различни микробни родопсини – белтъци, свързани с ретинал, които пренасят йони през мембрани под въздействието на светлина.

В ново изследване, физици от Московския физико-технически институт (МФТИ) са използвали белтъка Arch3 от археи, за да повишат киселинността в култивирани ракови клетки.

Това е довело до ускорено образуване на активни форми на кислород и програмирана клетъчна смърт – апоптоза.

Резултатите са публикувани в списание „Биохимия“.

Оптогенетичните методи навлязоха сравнително скоро в арсенала на биолозите.

Но бързо се доказаха като мощен и прецизен инструмент за манипулиране на клетки. Особено на т.нар. възбудими клетки – неврони, мускулни клетки и клетки на жлезите.

Впечатляващи са успехите с неврони.

Възможно е тяхното стимулиране или „изключване“, картографиране на невронни мрежи и дори потенциално приложение в лечението на глухота и слепота.

Подходът е приложим и за изучаване на фини физиологични процеси в невъзбудими клетки, например, чрез проследяване на промени в органели и компартменти.

Киселинността (pH) е важен параметър за нормалното функциониране на клетката.

Отклоненията ѝ са свързани с редица патологични изменения.

Също толкова важна е киселинността в матрикса на митохондриите – „енергийните станции“ на клетката.

Те играят ключова роля в клетъчния живот и смърт, произвеждайки активни форми на кислород (АФК).

В малки количества АФК имат регулаторна функция, но натрупването им е летално.

Нормално матриксът на митохондриите е слабо алкален (pH около 8), а промените могат да доведат до апоптоза.

Връзката между киселинността в митохондриите и генерирането на АФК е обект на активно изследване, тъй като е важна за развитието на редица патологии – сърдечни заболявания, диабет, невродегенеративни заболявания и рак.

Биофизици от МФТИ са изследвали образуването на АФК при оптогенетично алкализиране на цитоплазмата.

Използван е протонният насос Arch3 от археята Halorubrum sodomense, който изпомпва водородни катиони от клетката под въздействието на светлина с определена дължина на вълната.

Това води до понижаване на концентрацията им в клетката и повишаване на pH – алкализиране на цитоплазмата.

Arch3 е експресиран в цитоплазмената мембрана на HeLa клетки – култивирани „безсмъртни“ ракови клетки.

В цитоплазмата и митохондриите са въведени флуоресцентни сензори HyPer7, чувствителни към водороден пероксид (H2O2) – една от основните АФК.

Оптогенетичното алкализиране е предизвикало рязко повишаване на нивата на H2O2 както в цитоплазмата, така и в митохондриите.

Промените в pH на митохондриалния матрикс са настъпили почти веднага след „включване“ на Arch3, докато генерирането на АФК е започнало със закъснение.

Резултатите показват важната роля на H2O2 в „алкалната апоптоза“, но детайлите на този сложен механизъм тепърва ще се изясняват.

Анастасия Власова от МФТИ отбелязва: „Показахме, че продължителното оптогенетично алкализиране на цитозола води до генериране на АФК – „кислороден взрив“.

Това може да е един от механизмите, задействащи клетъчна смърт при повишаване на pH.

Изучаването на връзката между вътреклетъчното pH и нивата на АФК е важно за разбирането на клетъчната физиология и нарушенията при рак и невродегенеративни заболявания.“