Les chercheurs de l’état de l’Illinois ont développé une technique qui rend les récepteurs liés à la membrane réactifs à doux, déclenchant la voie Wnt, importante dans le développement embryonnaire et le cancer. Crédit : Photo avec l’aimable autorisation de Kai Zhang
La lumière bleue incandescente éclaire une nouvelle compréhension d’une voie de signalisation vitale dans le développement de l’embryon, la maintenance des tissus et la genèse de la malignité.
Des scientifiques de l’université associée à l’Illinois Urbana-Champaign ont créé une approche utilisant la lumière azur pour alimenter le chemin de signalisation Wnt (prononcé “wint”) dans les embryons de grenouille. La voie remplit une grande variété de rôles dans le développement animal et humain, ainsi que la capacité de réguler cela avec la lumière permet aux chercheurs de mieux rechercher ses caractéristiques assorties, déclare l’équipe.
Dirigée simplement par Kai Zhang, professeur de biochimie et de biologie, et Jing Yg, professeur associé aux biosciences comparatives, l’équipe d’enquête a publié le travail dans le Record of Molecular The field of biologie, où il a été sélectionné comme conversation vedette, représentant le top 1% des journaux.
Le chemin Wnt est activé avec un récepteur sur la surface cellulaire qui déclenche la réponse en cascade à l’intérieur de la cellule. Trop ou même trop peu de signal pourrait être désastreux, a déclaré Zhang, ce qui rendrait très difficile l’analyse de la voie en utilisant des techniques standard pour exciter les récepteurs de la surface cellulaire.
«Au cours du développement embryonnaire, Wnt régule l’introduction de nombreux organes comme la tête, la moelle épinière et les yeux. Il conserve également les cellules souches dans de nombreux tissus chez l’adulte : alors qu’une signalisation Wnt insuffisante entraîne l’échec de la restauration des tissus, une signalisation Wnt élevée peut entraîner une malignité », a déclaré Yang.
Il est très difficile d’atteindre la stabilité nécessaire avec des méthodes standard pour réguler de telles voies, telles que l’activation chimique, a déclaré Zhang. Pour faire face à cela, les experts ont conçu la protéine réceptrice pour répondre à la lumière bleue. Avec cette approche particulière, ils peuvent affiner le degré Wnt en modulant l’intensité et la durée particulières de la lumière.
« La lumière en tant que stratégie thérapeutique a été utilisée en thérapie photodynamique, avec tous les avantages de la biocompatibilité sans effet résiduel dans la zone exposée. Néanmoins, la plupart des traitements photodynamiques utilisent généralement des substances chimiques douces pour générer des substances chimiques à haute énergie – par exemple, des espèces réactives de l’oxygène – sans différencier les tissus normaux et malsains, ce qui rend extrêmement difficile le traitement ciblé », a déclaré Zhang. « Dans notre travail, nous avons maintenant démontré que la lumière bleue incandescente peut induire un chemin de signalisation dans différents compartiments du corps entier des embryons de grenouille. Nous imaginons qu’une stimulation spatialement décrite des fonctions cellulaires pourrait réduire les défis associés à la toxicité hors cible. ”
Les scientifiques ont démontré leur méthode et vérifié l’accordabilité et le niveau de sensibilité en provoquant l’avancement de la moelle épinière et de la tête chez les embryons de grenouille. Ils émettent l’hypothèse que leur technique particulière pourrait également être appliquée à d’autres récepteurs liés à la membrane qui se sont révélés difficiles à cibler, ainsi qu’à d’autres animaux qui discutent de la voie Wnt, permettant une meilleure connaissance de la façon dont ces voies régulent le développement – et ce qui se passe quand elles peuvent être sur- ou sous-stimulé.
“Alors que nous continuons tous à étendre les systèmes photosensibles pour payer d’autres voies de signalisation essentielles sous-jacentes au développement souhaité, nous donnerons au quartier de la biologie du développement des outils précieux qui peuvent les aider à comprendre les résultats finaux de signalisation sous-jacents à de nombreux processus de développement”, a déclaré Yg. .
Les chercheurs souhaitent également que leur méthode d’étude de Wnt basée sur la lumière puisse éclairer la restauration des tissus et l’étude du cancer dans les cellules humaines.
“Parce que les malignités impliquent souvent une signalisation suractivée, nous pensons qu’un activateur Wnt sensible à la lumière pourrait être utilisé pour étudier le développement du cancer dans le matériel cellulaire vivant”, a déclaré Zhang. «En combinaison avec l’imagerie des cellules vivantes, nous pourrions être en mesure de déterminer quantitativement la tolérance de signalisation qui pourrait transformer une cellule ordinaire en une cellule maligne, fournissant ainsi des données primaires destinées à la croissance thérapeutique spécifique à la cible dans la future médecine de précision. ”
Référence : « Contrôle optogénétique sur la voie de signalisation canonique Wnt tout au long de Xenopus laevis Wanting Development » par Vishnu V. Krishnamurthy, Hyojeong Hwang, Jia Fu, Jing Yang plus Kai Zhang, 19 mai 2021, Revue associée à la biologie moléculaire .
DOI : 10. 1016/j. jmb. 2021. 167050
L’Institut national des sciences médicales communes ainsi que l’Institut national associé aux sciences de la santé environnementale au sein des Instituts nationaux de la santé ont soutenu ce travail.
