Blauw licht kan een belangrijke signaalroute activeren die een rol speelt bij de embryonale ontwikkeling en kanker

Blauw licht verlicht nieuw begrip van een belangrijke signaalroute in de ontwikkeling van de foetus, weefselonderhoud en kankervorming.

Onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign hebben een methode ontwikkeld die blauw licht gebruikt om de Wnt-signaalroute (uitgesproken als “ging”) in kikkerembryo’s te activeren. Het team zegt dat het pad verschillende rollen speelt in de ontwikkeling van dieren en mensen, en het vermogen om het met licht te reguleren, stelt onderzoekers in staat om de diverse functies ervan beter te bestuderen.

Onder leiding van Kai Zhang, hoogleraar biochemie, en Jing Yang, hoogleraar vergelijkende biowetenschappen, publiceerde het onderzoeksteam zijn werk in de Journal of Molecular Biology en selecteerde het als een duidelijke communicator, die de top 1% van de artikelen vertegenwoordigt.

De Wnt-route wordt geactiveerd door een celoppervlakreceptor die een trapsgewijze reactie in de cel veroorzaakt. Te veel of te weinig signaal kan rampzalig zijn, zei Zhang, waardoor het extreem moeilijk is om de route te bestuderen met behulp van standaardtechnieken voor het stimuleren van celoppervlakreceptoren.

Tijdens de embryonale ontwikkeling reguleert Wnt de groei van veel organen zoals het hoofd, het ruggenmerg en de ogen. Het behoudt ook stamcellen in veel weefsels bij volwassenen: terwijl onvoldoende Wnt-signalering leidt tot falen van weefselherstel, kan verhoogde Wnt-signalering leiden tot kanker.”

Jing Yang, hoogleraar vergelijkende biologische wetenschappen

Het is erg moeilijk om het noodzakelijke evenwicht te bereiken met standaardmethoden voor het reguleren van dergelijke routes, zoals chemische katalyse, zei Zhang. Om dit aan te pakken, ontwikkelden de onderzoekers het receptoreiwit om te reageren op blauw licht. Met deze aanpak kunnen ze het niveau van Wnt aanpassen door de intensiteit en duur van het licht te moduleren.

“Licht is gebruikt als een behandelingsstrategie bij fotodynamische therapie, met de voordelen van biocompatibiliteit en geen resteffect in het blootgestelde gebied. De meeste fototherapie gebruikt echter meestal licht om hoogenergetische chemicaliën te genereren – bijv. reactieve zuurstofsoorten – zonder de weefsels te differentiëren gezonde en zieke patiënten, waardoor het onmogelijk is om de behandeling te richten.” “In ons werk hebben we aangetoond dat blauw licht de signaalroute in de verschillende lichaamsdelen van kikkerembryo’s kan activeren. We stellen ons voor dat ruimtelijk specifieke stimulatie van celfunctie uitdagingen van off-target toxiciteit kan verlichten.”

De onderzoekers demonstreerden hun techniek en verifieerden de afstembaarheid en gevoeligheid ervan door de groei van het ruggenmerg en de kop in kikkerembryo’s te stimuleren. Ze veronderstellen dat hun methode ook kan worden toegepast op andere membraangebonden receptoren die moeilijk te targeten zijn gebleken, evenals andere dieren die de Wnt-route delen, waardoor een beter begrip ontstaat van hoe deze routes de ontwikkeling reguleren – en wat er gebeurt wanneer ze eindigen -of ondergeprikkeld.

“Terwijl we onze lichtgevoelige systemen blijven uitbreiden om andere essentiële signaalroutes te dekken die ten grondslag liggen aan de embryonale ontwikkeling, zullen we de ontwikkelingsbiologiegemeenschap een waardevolle set hulpmiddelen bieden die hen kan helpen de gevolgen te bepalen van signalering die ten grondslag liggen aan veel ontwikkelingsprocessen,” Yang zei.

De onderzoekers hopen ook dat hun op licht gebaseerde benadering van het bestuderen van Wnt weefselherstel en kankeronderzoek in menselijk weefsel kan verlichten.

“Omdat kankers vaak gepaard gaan met overactieve signalering, stellen we ons voor dat een lichtgevoelige Wnt-activator kan worden gebruikt om de ontwikkeling van kanker in levende cellen te bestuderen,” zei Zhang. “In combinatie met live-celbeeldvorming zullen we in staat zijn om de signaleringsdrempel kwantitatief te kwantificeren die een normale cel in een kankercel kan veranderen, waardoor we de eerste gegevens kunnen leveren voor gerichte therapeutische ontwikkeling in precisiegeneeskunde in de toekomst.”