光制御された化合物は、細胞培養の概日リズムを変えました

ビデオ: 光制御された化合物は、細胞培養の概日リズムを変えました

Отличия серверных жестких дисков от десктопных
ビデオ: 可逆的粘度変化を利用した光による流れの制御の研究ー機械と化学の学際研究ー 2023, 2月
光制御された化合物は、細胞培養の概日リズムを変えました
光制御された化合物は、細胞培養の概日リズムを変えました
Anonim
Image
Image

生物学者は、光の波長に応じて、細胞の概日リズムの周期を制御可能に長くすることができる化合物を細胞培養で作成し、テストしました。科学者たちは、光への曝露条件を変えることで、細胞の概日リズムの位相を変えることができました。 Nature Communicationsに掲載されたこの研究の著者は、このような行動原理は、将来、タイムゾーン症候群や概日リズム障害の治療ツールを開発し、これらの状態によって引き起こされる病気を予防するのに役立つと示唆しています。

概日リズムは、約24時間の周期の細胞活動の内部サイクルです。これらのサイクルにより、生物は環境の日々の変化に適応することができます。概日リズムは健康にとって非常に重要です。概日リズムは、睡眠と覚醒の交代、代謝、ホルモンの放出を制御します。現代のライフスタイルは、体が昼と夜の変化と同期しなくなり、それが次に心血管および胃腸の病気、アルツハイマー病、糖尿病および様々な精神障害につながる可能性があります。

遺伝学と分子生物学の方法のおかげで、科学者は概日リズムの制御の根底にあるメカニズムを知っています。つまり、(少なくとも理論的には)どのように制御できるかを想像することができます。しかし、提案された方法は、空間と時間の制御方法を欠いています。 「時計仕掛け」は体のすべての細胞に固有であるため、科学者が通常概日リズムを制御しようとする小分子は、必要な臓器や組織だけでなく、他の場所の活動のサイクルに影響を与える可能性があります。正確な調節のために、光薬理学のアプローチを使用することができます:異なる波長の光の効果に応じて、異なる方法で細胞プロセスに影響を与える分子を作成します。

哺乳類では、小分子ロンダジンが概日リズムの調節に重要な役割を果たしています。この分子は、通常PER(期間の略)と呼ばれるタンパク質をリン酸化する酵素(キナーゼ)の作用をブロックします。リン酸残基で標識されたタンパク質は破壊されやすく、細胞内のその濃度のそのような計画された減少は、24時間の毎日のサイクルを維持します。ロンガシンの活性が高すぎると、キナーゼの役割が悪化し、PERタンパク質の秩序が長くなり、細胞のリズムの周期が長くなります。

フローニンゲン大学の科学者は、光への曝露に応じて、異性体の形態を可逆的に変化させ、それに応じて、より弱いまたはより強い阻害キナーゼを変化させるような方法でロングダイシンを変化させることを提案しました。

これを行うために、研究者たちは、フォトスイッチであるフェニルジアゼニル基をロンダジン分子に取り付けました。研究の著者は、最適なものを見つける前に、分子の構造のいくつかの変形をテストしました。科学者は、化合物が光化学的に安定であることを望み、シス異性体とトランス異性体の切り替えは、スペクトルの可視部分によって引き起こされました。さらに、化学者はフェニルジアゼニル基自体に置換を導入しました。研究者らは、ルシフェラーゼ遺伝子がレポーターシステムとして使用されたヒト細胞の培養物で化合物をテストしました。

最良の選択肢は、オルトテトラフルオロアゾベンゼンを含むロングダジンバージョンであることが証明されました。これは、効率的な双方向の光異化性を示しました。緑色の光(波長-530ナノメートル)にさらされると、分子はそのトランス異性体の形に変化し、紫色の光(波長-400ナノメートル)はシス異性体の形成をもたらしました。細胞培養へのトランス異性体(8マイクロモルの濃度)の添加は、細胞の概日周期を4時間延長しました。化合物を添加した細胞を最初に緑色の光で照らし、トランス異性体をシス型に変換すると、化合物の効果が弱まり、概日周期がわずか1時間長くなりました。次に、細胞を紫色の光にさらすことができ、シス異性体はトランス異性体に変換されました。

Image
Image

彼らが使用した化合物は、530ナノメートル(トランスからシス異性体へ)および400ナノメートル(その逆)の波長の光によって光異性化されます。

研究の著者はまた、概日周期の連続的な変化が周期の位相の変化につながる可能性があることを示唆しました-そしてこれは、次に、タイムゾーン変化症候群の治療における新しいアプローチの基礎を提供します。研究者らは、概日周期にほとんどまたはまったく影響を及ぼさなかった化合物のシス型を細胞培養に加えました。翌日、細胞を紫色の光にさらして異性体の形を変えました。 48時間または72時間後、細胞は再び緑色に点灯し、ロングダジンを不活性化しました。その結果、細胞は概日周期の位相をそれぞれ2時間と4時間変化させました。この実験により、科学者は、そのようなアプローチが概日リズム障害の治療の基礎を形成できることを示すことができました。

Image
Image

異なる光(緑と紫)への曝露により、科学者は細胞の概日リズムの位相を2〜4時間シフトさせることができました。

概日リズム障害は、慢性炎症に関連する疾患のリスクを高めます。これは、分子レベルで科学者によって長い間確認されてきました。たとえば、研究者は、生体時計の違反による多発性硬化症の発症メカニズムを示しています。 2017年の概日リズムの研究と分子メカニズムの説明で、ジェフリーホール、マイケルロスバッシュ、マイケルヤングがノーベル賞を受賞しました。彼らの研究については、N +1「時計はたった1つの音です」という資料で読むことができます。

トピックによって人気があります