La lumière bleue éclaire une nouvelle compréhension d’une voie de signalisation clé dans le développement de l’embryon, le maintien des tissus et la genèse du cancer.
Des chercheurs de l’Université de l’Illinois Urbana-Champaign ont développé une approche utilisant la lumière bleue pour activer la voie de signalisation Wnt (prononcé « wint ») dans les embryons de grenouille. La voie joue une grande variété de rôles dans le développement animal et humain, et la capacité de la réguler avec la lumière permettra aux chercheurs de mieux étudier ses diverses fonctions, selon l’équipe.
Dirigé par Kai Zhang, professeur de biochimie, et Jing Yang, professeur de biosciences comparatives, l’équipe de recherche a publié ses travaux dans le Journal of Molecular Biology, où il a été choisi comme communication vedette, représentant le top 1% des articles.
Des chercheurs de l’Illinois ont développé une méthode qui rend les récepteurs liés à la membrane réactifs à la lumière, déclenchant la voie Wnt, importante dans le développement embryonnaire et le cancer. Image reproduite avec l’aimable autorisation de Kai Zhang
La voie Wnt est activée par un récepteur à la surface cellulaire qui déclenche une réponse en cascade dans la cellule. Trop ou trop peu de signal peut être désastreux, a déclaré Zhang, ce qui rend très difficile l’étude de la voie à l’aide de techniques standard pour stimuler les récepteurs de la surface cellulaire.
« Au cours du développement embryonnaire, Wnt régule le développement de nombreux organes tels que la tête, la moelle épinière et les yeux. Il maintient également les cellules souches dans de nombreux tissus chez l’adulte : alors qu’une signalisation Wnt insuffisante conduit à l’échec de la réparation tissulaire, une signalisation Wnt élevée peut entraîner un cancer », a déclaré Yang.
Il est très difficile d’atteindre l’équilibre nécessaire avec des approches standard pour réguler de telles voies, telles que la stimulation chimique, a déclaré Zhang. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont conçu la protéine réceptrice pour répondre à la lumière bleue. Avec cette approche, ils peuvent affiner le niveau Wnt en modulant l’intensité et la durée de la lumière.
« La lumière comme stratégie de traitement a été utilisée en thérapie photodynamique, avec les avantages de la biocompatibilité et aucun effet résiduel dans la zone exposée. Cependant, la plupart des thérapies photodynamiques utilisent généralement la lumière pour générer des produits chimiques à haute énergie – par exemple, des espèces réactives de l’oxygène – sans faire la différence entre les tissus normaux et malades, ce qui rend impossible le ciblage du traitement », a déclaré Zhang. « Dans nos travaux, nous avons démontré que la lumière bleue peut activer une voie de signalisation dans différents compartiments corporels des embryons de grenouille. Nous envisageons qu’une stimulation spatialement définie des fonctions cellulaires pourrait atténuer les défis de la toxicité hors cible. »
Les chercheurs ont démontré leur technique et vérifié son accordabilité et sa sensibilité en incitant le développement de la moelle épinière et de la tête chez des embryons de grenouille. Ils émettent l’hypothèse que leur technique pourrait également être appliquée à d’autres récepteurs liés à la membrane qui se sont avérés difficiles à cibler, ainsi qu’à d’autres animaux qui partagent la voie Wnt, permettant une meilleure compréhension de la façon dont ces voies régulent le développement – et ce qui se passe quand elles sont terminées. – ou sous-stimulé.
« Alors que nous continuons à étendre nos systèmes photosensibles pour couvrir d’autres voies de signalisation essentielles sous-jacentes au développement embryonnaire, nous fournirons à la communauté de la biologie du développement un ensemble précieux d’outils qui peuvent les aider à déterminer les résultats de signalisation sous-jacents à de nombreux processus de développement », a déclaré Yang.
Les chercheurs espèrent également que leur technique basée sur la lumière pour étudier Wnt peut éclairer la réparation des tissus et la recherche sur le cancer dans les tissus humains.
« Parce que les cancers impliquent souvent une signalisation suractivée, nous envisageons qu’un activateur Wnt sensible à la lumière pourrait être utilisé pour étudier la progression du cancer dans les cellules vivantes », a déclaré Zhang. « En combinaison avec l’imagerie des cellules vivantes, nous serions en mesure de déterminer quantitativement le seuil de signalisation qui pourrait transformer une cellule normale en une cellule cancéreuse, fournissant ainsi des données primaires pour le développement thérapeutique spécifique à la cible dans la future médecine de précision. »
La source: Université de l’Illinois
