Light está ayudando a los científicos de la Universidad de Rice a controlar tanto la infectividad de los virus como la entrega de genes a los núcleos de las células objetivo.
Los investigadores han desarrollado un método para usar dos tonos de rojo para controlar el nivel y la distribución espacial de la expresión génica en las células a través de un virus diseñado.
Aunque los virus han evolucionado para entregar genes a las células huésped, aún enfrentan dificultades para llevar sus cargas desde el citoplasma al núcleo de una célula, donde se produce la expresión génica. Los laboratorios de arroz de los bioingenieros Junghae Suh y Jeffrey Tabor han encontrado con éxito una manera de superareste obstáculo crítico.
La investigación del equipo aparece esta semana en la revista American Chemical Society ACS Nano .
El resultado de los laboratorios de BioScience Research Collaborative de Rice combina el interés de Suh en diseñar virus para administrar genes a las células objetivo con las habilidades de Tabor en optogenética, en las que las proteínas sensibles a la luz se pueden utilizar para controlar el comportamiento biológico.
Construyeron vectores de virus adenoasociados AAV personalizados al incorporar proteínas que se unen naturalmente cuando se exponen a la luz roja longitudes de onda de 650 nanómetros y se separan cuando se exponen a rojo lejano longitudes de onda de 750 nanómetros.Las proteínas sensibles ayudan a las cápsides virales los caparazones duros que contienen cargas genéticas ingresan a los núcleos de las células huésped.
AAV ha sido el vector de elección para la edición de genes mediante CRISPR / Cas9, una técnica que promete curar algunas enfermedades genéticas, pero los núcleos celulares presentan un problema, dijo Suh.
"Los virus en general son relativamente eficientes en la entrega de genes a las células, pero aún experimentan grandes barreras limitantes", dijo. "Si agrega estos virus a las células, la mayoría de ellos parecen salir del núcleo, y solouna pequeña fracción entra, que es el objetivo "
Dijo que el equipo recurrió a la experiencia del laboratorio de Tabor en optogenética para aumentar la eficiencia de los AAV ". Jeff trabaja con muchos tipos diferentes de proteínas sensibles a la luz. El par particular que decidimos se identificó primero en las plantas.
"La luz es realmente agradable porque puedes aplicarla externamente y puedes controlar muchos aspectos: en qué áreas está expuesta la luz, la duración de la exposición, la intensidad de la luz y, por supuesto, su longitud de onda", dijo.
El par de proteínas comprende el fitocromo B y su socio de unión factor de interacción fitocromo 6 PIF6, ambos encontrados en el berro de thale. Los investigadores generaron células huésped que expresan el fitocromo B marcado con una secuencia de localización nuclear, un pequeño péptido conocido por ayudar a transportar proteínasdentro del núcleo de manera más efectiva. El PIF6 más pequeño se adhirió a la superficie exterior de la cápside del virus.
"Cuando los virus se internalizan en una célula huésped, se acumulan alrededor del núcleo de forma natural", dijo Suh. "En condiciones no activadas, la mayoría de los virus están atrapados allí. Pero cuando brillamos activando la luz roja en las células, estos dosLas proteínas vegetales se dimerizan, se unen, y debido a la etiqueta de localización nuclear en el fitocromo B, el virus es arrastrado al núcleo ".
Esta es la primera vez que las proteínas optogenéticas se utilizan para controlar la infectividad de los virus, dijo, y agregó: "No pensamos que funcionaría tan bien como lo hizo".
El autor principal Eric Gómez, un estudiante graduado en el laboratorio de Suh, y el coautor Karl Gerhardt, un estudiante graduado en el laboratorio de Tabor, demostraron la técnica activando patrones de células infectadas con AAV en placas de Petri al iluminarlas con luces rojas a través de máscaras.
Suh dijo que la plataforma puede usarse en el futuro para controlar qué células y tejidos expresan un gen y en qué nivel. La estrategia también podría usarse en aplicaciones de ingeniería de tejidos como los bioscaffolds para la implantación. "Aquí, es posible que desee convencerlas células madre se desarrollan en las células correctas de alguna manera espacialmente coordinada ", dijo.
El uso en el cuerpo está más alejado, porque la luz roja aplicada externamente solo atraviesa el tejido hasta alcanzar los objetivos. "En última instancia, dependerá del dispositivo que use para enviar la luz", dijo. "Pero imaginamoscasos en los que podría usar un catéter para ir al lugar donde desea que los virus sean mucho más infecciosos "
Suh dijo que los laboratorios de Rice están trabajando para hacer que la próxima generación de cápsidas sea más efectiva y entregable ". Este es solo el primer paso", dijo. "Tenemos muchas preguntas, como '¿Realmente podemos hacer esto?in vivo? 'tipo de preguntas.
"Ha habido un puñado de documentos tratando de hacer que el proceso infeccioso de virus responda a la luz, pero fueron antes de la era de la optogenética", dijo Suh. "Estaban usando otros tipos de moléculas sintéticas para hacer que los virus respondan a la luz.
"Parece que usar lo que la Madre Naturaleza ya ha proporcionado en forma de proteínas sensibles a la luz funciona realmente bien para nosotros"
El ex alumno de Rice Justin Judd, ahora investigador postdoctoral en la Universidad de California, San Francisco, es coautor del artículo. Suh es profesor asociado de bioingeniería. Tabor es profesor asistente de bioingeniería.
Una beca de la Fundación Ford de la Academia Nacional de Ciencias para Gómez apoyó la investigación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Mike Williams. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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