KANAZAWA, Japão 5 de novembro de 2020 / PRNewswire / – Pesquisadores da Universidade do relatório de Kanazawa, em Science como gradientes de concentração de moléculas específicas ('morfógenos sintéticos') podem ser produzidos em sistemas biológicos. Esses gradientes podem ser aproveitados para programar a formação de padrões, oferecendo a promessa de engenharia de tecidos controlada.
Os organismos multicelulares podem crescer e se desenvolver graças aos chamados morfógenos: moléculas que fornecem informações posicionais. Eles são produzidos em uma fonte, a partir da qual se difundem e formam um gradiente de concentração em seu entorno. As células próximas podem "ler" esse gradiente, portanto, "sabem" onde estão no corpo e "agem" de acordo. Agora Satoshi Toda da Universidade de Kanazawa e seus colegas relatam a engenharia bem-sucedida de um sistema de morfogênio sintético que pode ser programado. Essa conquista não apenas ajuda a compreender como os morfógenos codificam exatamente as informações posicionais, mas também é uma promessa no contexto da formação de tecidos de engenharia.
Toda, o principal investigador do NanoLSI WPI da Universidade de Kanazawa, se tornou um especialista em programação de padrões celulares e automontagem de tecidos em apenas alguns anos, e sua equipe abordou a questão de como é um sistema de sinalização. morfógenos sintéticos mínimos, com o sistema sintético operando 'ortogonalmente' aos morfógenos biológicos (endógenos), o que significa que os sistemas endógenos e sintéticos não interferem.
Os pesquisadores adaptaram um sistema de receptor sintético existente chamado SynNotch para trabalhar com proteínas fluorescentes verdes solúveis (GFPs) como moléculas de morfogênio. (O sistema SynNotch original requer que as moléculas de morfogênio sejam anexadas a uma membrana celular, ou seja, não são solúveis.) Eles fizeram isso projetando as chamadas células âncora que podem capturar uma molécula de GFP em solução. Uma célula âncora carregando uma molécula GFP presa é então detectada por uma célula receptora (por acoplamento químico). Toda e seus colegas demonstraram que essa abordagem funcionou in vitro : um gradiente de concentração de morfogênio de GFP e células ativadas formado em aproximadamente 24 horas.
Os cientistas investigaram então como a forma do gradiente de morfogênio pode ser regulada. Eles descobriram que, para diferentes densidades de proteínas âncoras, diferentes formas de gradiente foram obtidas. Além disso, a distribuição espacial do gradiente pode ser influenciada pelo uso de inibidores (moléculas que bloqueiam o mecanismo âncora-receptor). Toda e seus colegas concluíram que os gradientes de morfogênio sintético podem ser ajustados de modo a obter formas semelhantes às que ocorrem in vivo .
No final das contas, a equipe de pesquisa de Toda mostrou que é possível alterar a "interpretação" do gradiente. Eles projetaram diferentes tipos de loops de feedback, por exemplo, um em que a detecção de GFP leva ao aumento da produção de GFP ou um em que a detecção de GFP leva à produção de inibidores de GFP. Por meio de tal engenharia de circuito combinada com fontes de morfógenos e inibidores, os cientistas foram capazes de produzir estruturas de domínio binárias e ternárias.
Os resultados de Toda e seus colegas têm um potencial promissor de aplicação. Para citar os pesquisadores: "Essas plataformas de morfogênio sintético podem programar informações posicionais sem interferência com as vias de sinalização endógena. Portanto, pode ser possível implementá-las in vivo como ferramentas inertes para sondagem ou redirecionamento [tissue] desenvolvimento. "
Figura relacionada
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Legenda: Proteínas arbitrárias, como GFP, podem ser convertidas em um morfogênio sintético que forma um padrão de gradiente de expressão gênica.
Site relacionado
Destaques da pesquisa NanoLSI Kanazawa University
Engenharia de formação de padrão biológico com morfógenos sintéticos ]
Antecedentes
Morfogênios [194590010] [194590010] [194590010] são moléculas essenciais para o processo biológico de formação de padrões. Eles são produzidos em uma fonte, após o qual se difundem através do tecido circundante em um embrião, estabelecendo gradientes de concentração no processo. Esses gradientes impulsionam as reações bioquímicas que, em última análise, levam à formação de todos os tecidos e órgãos de um organismo. Satoshi Toda, da Universidade de Kanazawa um pioneiro na programação de estruturas multicelulares auto-organizadas, e seus colegas mostraram agora que é possível projetar sistemas morfogênicos sintéticos que têm funcionalidade de programação, mas ao mesmo tempo não interferem nos processos biológicos. (sistemas morfogênicos não sintéticos).
Proteína fluorescente verde
A proteína fluorescente verde (GFP) é uma molécula que mostra fluorescência verde após exposição à luz azul ultravioleta. GFP é frequentemente usado em experimentos de expressão de proteínas biomédicas. Por exemplo, foi demonstrado que o gene GFP pode ser expresso em células específicas, órgãos específicos ou organismos inteiros. Agora, Toda e seus colegas mostraram que GFP (solúvel) pode ser usado como um morfogênio sintético.
Referência
Satoshi Toda Wesley L. McKeithan Teemu J. Hakkinen [1945909004] Pilar Lopez4] Ophir D. Klein e Wendell A. Lim . Engenharia de sistemas de morfogênio sintético que podem programar padrões multicelulares, Science 370 327-331 (2020).
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DOI: 10.1126 / science.abc0033
URL: https://science.sciencemag.org/content/370/6514/327[19459010
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O Nano Life Science Institute (NanoLSI) da Kanazawa University é um centro de pesquisa estabelecido em 2017 como parte da International Research Centre Initiative Premier Mundial do Ministério da Educação, Cultura, Esportes, Ciência e Tecnologia. O objetivo desta iniciativa é formar centros de pesquisa de classe mundial. NanoLSI combina o conhecimento mais avançado de microscopia de sonda de bio-varredura para estabelecer 'técnicas nanoendoscópicas' para obter imagens, analisar e manipular biomoléculas diretamente para compreender os mecanismos que governam os fenômenos da vida, como as doenças.
Sobre a Universidade de Kanazawa
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Como a universidade abrangente líder na costa marítima do Japão A Universidade de Kanazawa tem contribuído muito para o ensino superior e a pesquisa acadêmica no Japão desde sua fundação em 1949. A universidade tem três universidades e 17 escolas que oferecem cursos em disciplinas incluindo medicina, engenharia da computação e humanidades.
A Universidade está localizada na costa do Mar do Japão em Kanazawa – uma cidade rica em história e cultura. A cidade de Kanazawa possui um perfil intelectual muito respeitado desde o feudo (1598-1867). A Universidade de Kanazawa é dividida em dois campi principais: Kakuma e Takaramachi para seus aproximadamente 10.200 alunos, incluindo 600 do exterior.
FONTE Universidade de Kanazawa
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