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【Nature子刊】你相信光吗?以光之能疗细胞之功

首页 » 《转》译 2022-08-03 转化医学网 赞(2)
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导读
线粒体作为真核生命的基本细胞器,同时也是高动态细胞器,其裂变碎片在细胞稳态和细胞功能中的作用至关重要。线粒体动力学失衡可导致线粒体功能障碍和疾病,反之,恢复正常的线粒体动力学也可以恢复线粒体功能并治疗相关疾病。所以,调节线粒体融合和裂变的方法备受追捧。   

7月25日在《Nature Communications》杂志上发表了一项研究结果,证明光激活蛋白可以帮助使细胞内的功能正常化。该研究的重点是线粒体的功能,线粒体是细胞内的细胞器,充当细胞的“发电厂”和能量来源。细胞器是微小的特殊结构,在细胞内执行各种工作。

https://www.nature.com/articles/s41467-022-31970-5

细胞分裂与融合

该研究的Jajie Diao博士说,“数百个线粒体不断聚集在一起(一个称为融合的过程)并分裂成更小的部分(一个称为裂变的过程),以保持健康细胞的平衡。但是当线粒体不能正常工作时,这种裂变和融合过程就会失衡。”这种不平衡会导致许多线粒体疾病,包括痴呆和某些癌症等神经退行性疾病。

Diao说:“以前的研究发现,细胞内另一种称为溶酶体的细胞器可以在线粒体裂变中发挥作用。当线粒体与溶酶体接触时,溶酶体可以像一把剪刀一样,将线粒体切成更小的碎片。”目前的研究重点是通过将溶酶体和线粒体聚集在细胞内来启动裂变过程。这是使用一种称为光遗传学的技术完成的,该技术可以使用光精确控制特定的细胞功能。通过这种技术将蛋白质附着在细胞器上,人们可以使用光来控制它们之间的相互作用。

研究结果

该研究的重点是线粒体的功能,线粒体是细胞内的细胞器,充当细胞的“发电厂”和能量来源。细胞器是微小的特殊结构,在细胞内执行各种工作。

研究人员将两种独立的蛋白质附着在干细胞内的线粒体和溶酶体上。当受到蓝光的刺激时,蛋白质自然地相互结合形成一种新的蛋白质,这也使线粒体和溶酶体接触。一旦它们聚集在一起,溶酶体就可以切割线粒体,实现裂变。

我们发现该技术可以恢复线粒体功能,甚至有些细胞可以恢复正常。这证明,通过使用一些简单的光刺激,我们至少可以部分恢复细胞的线粒体功能。这种技术对于需要分成更小块才能实现正常细胞功能的急剧过大的线粒体患者特别有用。该技术也可以针对癌细胞,不断将线粒体分离成越来越小的碎片,直到它们不再起作用。最终癌细胞将被杀死,因为线粒体是它们的能量。Diao说:“如果没有正常的功能线粒体,所有的癌细胞都会被杀死。

Diao说:“由于蛋白质被光激活,它允许对特定细胞进行更有针对性的方法。只有暴露在光线下的细胞才会受到影响,这意味着附近的健康细胞不会通过该技术使其线粒体失衡。目前还有其他过程可以用来诱导线粒体裂变,但光遗传学方法更安全,因为它不涉及任何化学物质或有毒物质。

未来展望

Diao说:“目前,因为线粒体太小且在细胞内没有聚集,团队正在在努力使用相同的技术来鼓励其融合。同时,进一步研究还将包括开发新的光遗传学系统,使用不同颜色的光,包括绿色,红色和红外线,因为需要更长的波长来穿透人体组织。我们希望通过引入多色光遗传学系统来进一步扩展工具箱,以提供多种方法来控制细胞器的行为和相互作用。”

从目前使用人类干细胞的研究来看,团队希望通过临床试验最终在人类中测试该技术,从而使用动物模型来测试其功效。与此同时,其他研究小组正在研究使用磁场和声学振动代替光来实现类似的结果。(转化医学网360zhyx.com)

参考资料:

https://phys.org/news/2022-08-cell-function.html

https://www.nature.com/articles/s41467-022-31970-5

注:本文旨在介绍医学研究进展,不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导,请至正规医院就诊。

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