科學(xué)家用藍(lán)光激活青蛙胚胎中信號(hào)通路，以應(yīng)對(duì)癌癥的脫靶毒性

近日，伊利諾伊大學(xué)厄巴納香檳分校團(tuán)隊(duì)在非洲爪蟾胚胎中發(fā)現(xiàn)了一種Wnt信號(hào)通路，研究人員設(shè)計(jì)了低密度脂受體蛋白（LRP6，Lipoprotein Receptor-related Protein-6）回應(yīng)藍(lán)光，這種設(shè)計(jì)思路對(duì)光的強(qiáng)度和作用時(shí)間可進(jìn)行微調(diào)，進(jìn)而推廣到其他涉及膜結(jié)合受體的Wnt信息通路。

LRP6系統(tǒng)的構(gòu)建和驗(yàn)證

在大多數(shù)光動(dòng)力學(xué)治療應(yīng)用中，經(jīng)常利用光來(lái)產(chǎn)生活性氧等高能化學(xué)物質(zhì)，這種沒(méi)有精確地區(qū)分正常組織和病變組織的方法，使得靶向治療不能產(chǎn)生明顯的效果。

該團(tuán)隊(duì)有關(guān)成員表示：“我們已經(jīng)證明‘藍(lán)光一可以激活爪蟾胚胎不同身體部位的Wnt信號(hào)通路，我們?cè)O(shè)想對(duì)空間定義的細(xì)胞功能刺激，在應(yīng)對(duì)脫靶毒性挑戰(zhàn)方面具有很大的幫助。”

相關(guān)論文以《非洲爪蟾胚胎發(fā)育過(guò)程中經(jīng)典Wnt信號(hào)通路的光遺傳學(xué)控制》為題發(fā)表在《分子生物學(xué)雜志》上。

相關(guān)論文

由伊利諾伊大學(xué)厄巴納香檳分校比較生物科學(xué)系楊靜教授、張凱教授擔(dān)任共同通訊作者。

該研究成果揭示了光遺傳學(xué)控制技術(shù)對(duì)動(dòng)物胚胎發(fā)育具有很大的研究意義。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在光遺傳學(xué)系統(tǒng)中，非洲爪蟾活胚胎中受體酪氨酸激酶信號(hào)傳導(dǎo)性會(huì)更好。

目前，已經(jīng)證明了細(xì)胞在脊椎動(dòng)物組織中分布著Wnt蛋白，科學(xué)家在細(xì)胞相互交流方式方面取得了關(guān)鍵的突破，?？巳卮髮W(xué)生命系統(tǒng)研究所的專家，已經(jīng)證明了Wnt蛋白信號(hào)通路在分子和細(xì)胞水平上運(yùn)動(dòng)機(jī)理。

關(guān)于Wnt信號(hào)通路有兩點(diǎn)值得關(guān)注：一是Wnt蛋白是通過(guò)較小的細(xì)胞群和細(xì)胞增殖分化而來(lái)的，其身體軸的圖案有助于確定首尾部位發(fā)育中形成的位置;二是在分子水平Wnt細(xì)胞體的約束機(jī)制尚不明確。

該團(tuán)隊(duì)在之前的研究表明，光遺傳學(xué)系統(tǒng)可以精確激活受體酪氨酸激酶信號(hào)傳導(dǎo)，可推廣用于新型光遺傳學(xué)工具的開(kāi)發(fā)。為了對(duì)這一推測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證，該團(tuán)隊(duì)將重點(diǎn)放在Wnt通路的研究上。為了驗(yàn)證基于細(xì)胞質(zhì)到膜易位的光遺傳學(xué)方法在Wnt通路中能夠行得通，該團(tuán)隊(duì)選擇Wnt配體的輔助受體LRP6作為研究載體。

LRP6具有如下特征，一般情況下呈現(xiàn)非活動(dòng)狀態(tài)，而且在沒(méi)有配體時(shí)，LRP6不能在非洲爪蟾胚胎中顯示W(wǎng)nt表型。LRP6分別由一個(gè)細(xì)胞外配體結(jié)合域、跨膜域和胞質(zhì)域構(gòu)成。配體結(jié)合域的主要作用是調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的活性，分子末端一旦被激活，就會(huì)觸發(fā)下游細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)發(fā)生反應(yīng)。

更加有趣的是，若不是很高的水平的表達(dá)，單獨(dú)的LRP6c不能激活Wnt獨(dú)立的b-連環(huán)蛋白信號(hào)。與預(yù)測(cè)結(jié)果一致，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，被標(biāo)記的LRP6c在廣泛使用的Wnt中沒(méi)有引起可檢測(cè)活性。相比之下，膜錨定形式顯示出顯著更高的活性，這表明LRP6c可能是開(kāi)發(fā)光遺傳學(xué)工具以通過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜易位策略控制Wnt途徑的理想載體。

LRP6系統(tǒng)的優(yōu)化原理圖

楊凱表示：“在非洲爪蟾胚胎發(fā)育的過(guò)程中，Wnt可以調(diào)節(jié)大腦、脊髓和眼睛等器官的發(fā)育，并且在成年物種很多組織中貯存干細(xì)胞，Wnt信號(hào)雖不會(huì)導(dǎo)致組織修復(fù)失敗，但其信號(hào)的加強(qiáng)可能引發(fā)癌癥。”

由于癌癥一般會(huì)涉及到較多的Wnt信號(hào)通路，該團(tuán)隊(duì)提出一種新的研究思路，通過(guò)帶有顏色的光信號(hào)刺激分子來(lái)研究活細(xì)胞的癌癥進(jìn)展，結(jié)合活細(xì)胞成像，能夠定量確定信號(hào)閾值，從而將正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化為癌細(xì)胞，為將來(lái)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用提供數(shù)據(jù)方面的幫助。

該團(tuán)隊(duì)希望，他們的研發(fā)系統(tǒng)可以適用于不同的脊椎動(dòng)物細(xì)胞和組織，尤其是Wnt通路及其內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)，如LRP6。此外，同樣未經(jīng)修飾的結(jié)構(gòu)在人類腎臟細(xì)胞和非洲爪蟾胚胎中都有效力。在某種程度上，由于受藍(lán)光穿透深度的限制，該策略能否真正應(yīng)用于大鼠等大型動(dòng)物模型的內(nèi)部組織，還需要經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試。

盡管如此，轉(zhuǎn)換納米粒子和光纖導(dǎo)光板等技術(shù)創(chuàng)新，彌補(bǔ)了藍(lán)光組織外顯率的制約。另外，紅光或紅光外驅(qū)動(dòng)的光基因工具可能更具優(yōu)勢(shì)。由于該團(tuán)隊(duì)的結(jié)構(gòu)呈模塊化，他們希望這種機(jī)械原理和主題元素可以轉(zhuǎn)移到新的科學(xué)試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，并且正在朝該方向努力。（綜合整理報(bào)道）（編輯/克珂）