Ученые научились управлять гибелью клеток с помощью света

(a) Критическую концентрацию агрегации (CAC) Mito-AZB в PBS-буфере (pH 7,4) определяли как в необлученных условиях, так и при воздействии света длиной волны 365 нм. Стационарные спектры флуоресценции регистрировали с использованием Nile Red при длине волны излучения 645 нм, а CAC количественно определяли на основе калибровочного графика, полученного из спектров излучения. (b) TEM-изображение Mito-AZB после перемешивания PBS-буфера в течение 24 ч и морфологическое изменение сборки Mito-AZB при попеременном облучении светом с длиной волны 365 нм и 450 нм в течение 10 минут соответственно. Автор: Nano Letters (2025). DOI: 10.1021/acs.nanolett.5c04030

Разработана новая технология, использующая свет разной длины волны для управления клеточными функциями путем обратимой сборки и разборки молекул. Этот прорыв может открыть путь к новым подходам в лечении поверхностных форм рака, таких как рак кожи, а также послужить мощным молекулярным инструментом для фундаментальных исследований в науках о жизни.

Исследовательская группа под руководством профессора Рю Джа-Хёна с кафедры химии Ульсанского национального института науки и технологий (UNIST) разработала фотопереключаемую молекулу под названием Mito-AZB, способную многократно собираться и разбираться в ответ на свет определенных длин волн.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Nano Letters.

Эта молекула специфически нацеливается на митохондрии внутри клеток и оказывает контролируемое механическое напряжение на митохондриальные мембраны за счет повторяющихся циклов сборки и разборки.

При воздействии видимого света с длиной волны 450 нм молекулы собираются в прочную волокнистую структуру, создавая физическое напряжение на митохондриальной мембране. И наоборот, при облучении ультрафиолетовым светом с длиной волны 350 нм волокна разбираются.

Этот циклический процесс повреждает митохондриальную мембрану, вызывая высвобождение проапоптотических факторов в цитоплазму и в конечном итоге приводя к апоптозу — одной из форм программируемой клеточной смерти.

Экспериментальные результаты показали, что после обработки молекулой и попеременного воздействия УФ- и видимого света митохондриальный мембранный потенциал коллапсировал, а уровни активных форм кислорода и апоптоз-связанных белков внутри клеток резко возросли. Флуоресцентная микроскопия подтвердила накопление молекул вокруг митохондрий, что подтвердило их целевое действие.

Разработка Mito-AZB involved объединение трех ключевых компонентов: целевого модуля, который направляет молекулу к митохондриям; азобензольного звена, которое претерпевает обратимые структурные изменения при световом облучении; и флуоресцентного красителя для визуализации в реальном времени под микроскопом.

Заменив митохондриальный целевой компонент на другие молекулы, специфичные к органеллам, команда успешно адаптировала систему для нацеливания на лизосомы и эндоплазматический ретикулум, продемонстрировав ее универсальность в избирательном нарушении работы различных клеточных органелл.

«Это исследование демонстрирует, что внешние световые стимулы могут точно управлять состояниями молекулярной сборки внутри клеток и соответствующим образом модулировать клеточные ответы», — объяснил профессор Рю.

«Такая технология обещает возможности для лечения поверхностных форм рака, таких как рак кожи, с помощью целевой неинвазивной световой терапии. Кроме того, она предоставляет мощный молекулярный инструмент для фундаментальных исследований, позволяя временно ингибировать или активировать функции органелл, углубляя наше понимание клеточных механизмов».

Исследования в области оптогенетики — управления клетками с помощью света — активно ведутся по всему миру. Ранее ученые уже использовали свет для активации нейронов и мышечных клеток, однако контроль над программируемой клеточной смертью открывает новые горизонты для терапии онкологических заболеваний.

Дополнительная информация: Sangpil Kim et al, Photoregulated Assembly–Disassembly Dynamics of Interfering with Organelle Membrane Integrity, Nano Letters (2025). DOI: 10.1021/acs.nanolett.5c04030