Учеными найден способ убивать раковые клетки с помощью света

Оптогенетика — относительно новое направление в биофизике, позволяющее управлять клетками с помощью света. Метод основан на белках-родопсинах, содержащих ретиналь и способных переносить ионы через клеточную мембрану при освещении.

Учёные из МФТИ в своём исследовании использовали белок Arch3, полученный из архей. С его помощью они изменили кислотность внутри раковых клеток, что привело к образованию активных форм кислорода и запуску процесса апоптоза — контролируемой клеточной гибели.

Итоги работы были опубликованы в журнале «Биохимия». Несмотря на свою новизну, оптогенетика уже активно применяется — особенно при изучении нейронов, мышц и желез. С её помощью можно не только включать и выключать активность клеток, но и наблюдать за внутренними изменениями в менее активных структурах.

Одним из таких параметров является уровень кислотности — как в цитоплазме, так и в митохондриях. Эти органеллы производят активные формы кислорода (АФК), играющие важную роль в регуляции клеточных процессов. Однако при избытке АФК становятся токсичными и могут вызывать гибель клетки. Обычно pH внутри митохондрий держится на уровне около 8, и даже небольшие отклонения могут привести к запуску апоптоза.

Связь между изменением кислотности, образованием АФК и клеточной смертью особенно интересна при изучении онкологии, сердечных заболеваний и нейродегенераций.

Исследователи из МФТИ использовали флуоресцентные сенсоры, чувствительные к перекиси водорода — одному из ключевых АФК. Они отслеживали, как меняется уровень окислительного стресса в клетках HeLa — устойчивых к делению раковых клетках человека, в которые ввели белок Arch3. Под действием света Arch3 выводил протоны из цитоплазмы, что повышало pH внутри клетки.

Сенсоры HyPer7, размещённые в цитоплазме и митохондриях, показали резкое увеличение уровня перекиси водорода после оптической активации белка. Причём сначала изменялся pH в митохондриях, а затем происходил рост АФК. Это говорит о том, что щелочная среда может запускать образование активных форм кислорода, приводя к гибели клетки.

По мнению авторов, длительное повышение pH в цитоплазме приводит к своеобразному «кислородному взрыву» в клетке — процессу, который может быть ключевым механизмом запуска апоптоза. Исследование этой связи важно как для понимания нормальной работы клеток, так и для выявления нарушений, возникающих при раке и других заболеваниях, пишет Naked Science.