Cambios de tamaño en los ococitos de estrella de mar utilizando Optogenenetics

Mientras estudian las ondas quimomecánicas de los ovocitos de las estrellas de mar, los científicos han utilizado la optogenética para controlar cómo se ejecuta una sola célula durante sus primeras etapas de desarrollo. Las ondas "juegan un papel importante en la generación de fuerza y ​​las células tienen transmisiones de señal de largo rango que cambian de forma dinámicamente". Reorganizar y controlar estas deformidades celulares es un obstáculo particularmente significativo para saltar para el desarrollo de células sintéticas. Ahora, un equipo de investigadores presenta un método optogenético "para verificar los mecanismos responsables de la coordinación de las ondas de contracción de la superficie en los ovocitos de la estrella de mar" Patiria Mimeta Durante la división celular mayótica. ,

Ha sido publicado en hallazgos Física de la naturalezaEn papel "La excitaza cortical inspirada en la luz revela una dinámica de forma programable en los ovocitos de las estrellas de mar.,

Este trabajo puede proporcionar a los científicos una nueva herramienta óptica para controlar el tamaño de la célula en sus primeras etapas de desarrollo. Tal herramienta, imaginan, puede guiar el diseño de células sintéticas. En general, los investigadores ven sus hallazgos como un nuevo método de cómo la vida toma forma de la misma celda.

Nikta Fakhri, profesora asociada de física en el MIT, dijo: "Al explicar cómo un interruptor activo de luz puede reforzar las células en tiempo real, estamos destacando los principios básicos de diseño de cómo los sistemas vivos son autosuficientes y desarrollados". "El poder de estos dispositivos es que nos están guiando a decodificar todos estos procesos de desarrollo y desarrollo, para que podamos ayudar a comprender cómo lo hace la naturaleza".

Los científicos han estudiado durante mucho tiempo las diversas etapas de la estrella de mar y su desarrollo. Los investigadores han descubierto un circuito importante dentro de un ovocito de estrella de mar que controla su velocidad y tamaño que involucra enzimas GEF que giran naturalmente en un citoplasma celular. Cuando esta enzima se activa, induce el cambio en la proteína Rho; se considera necesario regular la mecánica celular.

Cuando la enzima GMEF estimula Rho, hace que la proteína cambie a un estado unido a la membrana donde desencadena el desarrollo de músculos similares a la fibra que los hilos y luego twithe, lo que permite que la célula se contraiga y se mueva.

En el trabajo anterior, el grupo de Fakhri mostró que las concentraciones de la célula de la enzima GEF pueden manipularse en los movimientos celulares separando las concentraciones de la vela: cuanto más enzima introducen en una célula, más células de contracción mostrarán.

Fakhri dijo: "Toda esta idea nos hace sentir que es posible hackear este circuito, no solo para cambiar el patrón de los movimientos celulares, sino también obtener una reacción mecánica deseada".

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Utilizando técnicas optogeninéticas instaladas, los investigadores desarrollaron una versión sensible a la luz de la enzima GEF. Luego inyectó ARNm en ovocitos, que el equipo cortó de un solo ovario de estrella de mar, que puede atrapar millones de células no publicadas. Las células infectadas con un nuevo ARNm, luego comenzaron a producir enzimas GMEF sensibles a la luz por su cuenta.

En los experimentos, los investigadores colocaron cada oocet infundido de enzimas bajo un microscopio y brillan la luz de diferentes puntos en diferentes patrones en la célula y la circunferencia de la célula. Tomó videos de movimientos celulares en respuesta.

Descubrieron que cuando se dirigían a la luz en puntos específicos, la enzima GEF se volvió activa y reclutó la proteína Rho en sitios dirigidos a la luz. Allí, la proteína luego cierra su cascada característica de fibra como los músculos que dibujan la célula en las mismas manchas o pin teñidas con luz. Los investigadores pudieron controlar los movimientos de la célula, por ejemplo, dirigidos a convertirlo en varias formas, incluido un cuadrado.

Sorprendentemente, también descubrieron que pueden estimular la célula a pasar por una amplia contracción para alegrar una luz en un lugar, que excede un cierto rango de concentración de enzimas.

"Nos dimos cuenta de que este circuito Rho-Gef es un sistema estimulante, donde una pequeña estimulación de la línea de tiempo puede desencadenar una gran respuesta de todo o cualquier cosa", dijo Fakhri. "Por lo tanto, podemos iluminar toda la célula, o simplemente un pequeño espacio en la célula, como se admite suficiente enzima en esa área, por lo que el sistema patea o toma una pellizca por su cuenta".

Los investigadores compilaron sus comentarios y obtuvieron un marco teórico para estimar cómo cambiaría el tamaño de una celda, dada cómo se estimula con la luz. Fakhri dijo: Fakhri dijo: "Cellular abre una ventana en" emoción "en el corazón de la remodelación, que es un proceso fundamental en el desarrollo fetal y la curación de heridas". ,

Él dijo: "Este trabajo" proporciona un plan para diseñar células sintéticas, lo que conduce a un cambio en el tamaño de orquesta para los investigadores para futuras aplicaciones biomédicas ".