Биозачистка: создан инструмент, заставляющий дефектные клетки самоуничтожаться

Создание возможности выборочного уничтожения определённых типов клеток – одна из приоритетных задач для исследователей. С онкологическими или нейродегенеративными, а также многими другими заболеваниями намного проще бороться, если найти эффективный инструмент для точечного и целенаправленного уничтожения вредоносных клеток. При этом, конечно, подразумевается, что здоровые клетки организма останутся целыми и невредимыми.

Все существующие подходы – медицинские, химические или генетические – пока ещё далеки от совершенства. Однако теперь исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско приблизились к созданию эффективного инструмента для аккуратного выборочного уничтожения клеток.

Авторы называют свой метод биологическим световым мечом (как у джедаев в "Звёздных войнах"), который убивает отдельные клетки, просто подвергая их воздействию света. Это орудие убийства – спроектированный особым образом белок.

Основная задача этого белка – в буквальном смысле довести клетки до самоубийства, по-научному называемого апоптозом. Это процесс программируемой клеточной гибели, в результате которого клетка распадается на отдельные части. Их поглощают соседние или иммунные клетки, производя последующую "зачистку территории".

Апоптоз – это естественный процесс, который происходит в нашем организме постоянно. Он представляет собой нечто похожее на естественный отбор, необходимый для нормального развития организма: дефектные клетки отмирают, а здоровые продолжают функционировать.

Однако в данном случае, чтобы спровоцировать клеточный суицид, нужны определённые обстоятельства, поясняют исследователи.

Созданный ими белок получил название Caspase-LOV. LOV – это домен, чувствительный к кислороду, а каспазы – это семейство протеаз, расщепляющих белки. Они играют важную роль в процессах апоптоза.

Caspase-LOV связывает фермент, известный как каспаза-3, с доменом LOV, который был получен из овса. Этот домен также чувствителен к свету, поэтому воздействие последнего приводит к гибели клетки.

Работает новый метод просто и элегантно: учёные заранее выбирают, какие типы клеток будут подвержены действию Caspase-LOV. Когда свет падает на эти клетки, начинается апоптоз.

"Каспазы подобны экспертам по ликвидации. Они точно знают, где "заложить взрывчатку". Одна из причин их использования – это чистая работа. В отличие от лазеров и хирургических методов, природа знает, как уничтожить клетку без какого-либо повреждения окружающей ткани", — рассказывает соавтор работы профессор Джеймс Уэллс (James Wells).

Свой метод исследователи опробовали на плодовых мухах (дрозофилах). Это модельные организмы, на которых очень удобно изучать многие процессы, характерные для других животных и человека. Кроме того, свет может проникать в эмбрионы плодовой мухи, что расширяет возможности исследований.

В ходе экспериментов команда смоделировала экспрессию гена, отвечающего за производство белка Caspase-LOV в моторных нейронах дрозофил. Под воздействием света эти клетки погибли, что повлияло на способность мух двигаться.

Аналогичным образом учёные выборочно удалили определённые клетки в сетчатке, подвергнув сложные по строению глаза насекомых воздействию света.

Авторы поясняют, что продолжительность этого светового воздействия напрямую связана с масштабом гибели клеток.

Caspase-LOV также может стать мощным и эффективным инструментом для изучения механизмов нейродегенерации, которые происходят в организме человека при болезнях Альцгеймера и Паркинсона. В ходе этих болезней отмирают некоторые клетки. Новый подход позволит смоделировать происходящие процессы, а значит, быстрее найти эффективный способ лечения.

Специалисты планируют в дальнейшем проверить действенность метода на других организмах – для начала на мышах. Для этого будет использоваться волоконная оптика (чтобы доставить свет в нужную часть их тел).

Научная статья с описанием нового инструмента для уничтожения клеток опубликована в издании Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Добавим, что ранее исследователи представили технологию, позволяющую собирать и разбирать белки по команде.

Тем временем неврологи научились управлять мышцами с помощью света. Более того, свет лазера также предложили использовать для лечения зубов.