Strategia optogenetică bazată pe AR3 arată o eficacitate ridicată în inducerea apoptozei și a efectelor antitumorale

Strategia optogenetică bazată pe AR3 arată o eficacitate ridicată în inducerea apoptozei și a efectelor antitumorale

Unul dintre caracteristicile celulelor canceroase este capacitatea lor de a scăpa de apoptoză, moartea celulară programată, prin modificări ale expresiei proteinelor. Inducerea apoptozei în celulele canceroase a devenit un obiectiv major al noilor terapii pentru cancer, deoarece aceste abordări pot fi mai puțin toxice pentru țesutul sănătos decât chimioterapia convențională sau radiațiile. Mulți agenți chimici sunt în prezent testați pentru capacitatea lor de a declanșa apoptoza, iar cercetătorii explorează din ce în ce mai mult molecule activate de lumină care pot fi direcționate folosind lasere către locurile tumorale fără a cruța țesutul sănătos din jur.

Celulele canceroase au mitocondrii, care furnizează energie pentru creșterea și diviziunea rapidă. Cu toate acestea, se crede că un mediu prea alcalin perturbă funcția mitocondriilor și duce la apoptoză.

O proteină microbiană numită arheerhodopsin-3 (AR3) poate fi cheia apoptozei induse de alcalinitate. Când este expus la lumină verde, AR3 pompează ioni de hidrogen din celulă, crescând alcalinitatea, perturbând funcțiile celulare și, în cele din urmă, declanșând apoptoza. Capacitatea AR3 de a induce apoptoza în liniile celulare specifice cancerului a fost evidențiată într-un articol recent de profesorul Yuki Sudo, dr. Keiichi Kojima, dr. Shin Nakao și echipa ei de la Școala Absolventă de Medicină, Stomatologie și Științe Farmaceutice de la Universitatea Okayama, Japonia. Rezultatele lor au fost publicate online înJurnalul Societății Americane de Chimiela 4 noiembrie 2025.

„În studiul nostru anterior, am stabilit o nouă metodă optogenetică pentru a induce moartea celulelor apoptotice prin alcalinizarea pH-ului intracelular cu AR3.”a spus prof. Sudo. El a adăugat:„În acest studiu, am aplicat strategia optogenetică bazată pe AR3 la liniile de celule canceroase murine și am demonstrat eficacitatea sa ridicată în inducerea apoptozei și a efectelor antitumorale atât in vitro, cât și in vivo.”

Autorii au folosit mai întâi viruși modificați genetic pentru a introduce gene AR3 într-o linie celulară de cancer de colon de șoarece (MC38) și într-o linie celulară de melanom (B16F10). Celulele fără expresie AR3 au supraviețuit în mod normal atunci când au fost expuse la lumină verde. În schimb, celulele care exprimă AR3 au prezentat rate mari de moarte celulară - peste 40% pentru MC38 și peste 60% pentru B16F10 - precum și semne clare de perturbare mitocondrială ca cauză a apoptozei. În absența luminii verzi, nu a avut loc apoptoză, confirmând faptul că activitatea AR3 a fost indusă în mod specific de lumină.

Încurajată de aceste descoperiri, echipa a folosit aceste linii celulare pentru a induce formarea tumorii la șoarecii sănătoși. Când aceste tumori au fost expuse la lumina laser verde șase zile mai târziu, tumorile care exprimă AR3 au arătat o moarte celulară semnificativă și o proliferare celulară redusă în straturile exterioare ale tumorii. Mai important, tumorile care exprimă AR3 au fost cu 65 până la 75% mai mici decât tumorile non-AR3 la 13 zile după implantarea tumorii.

„În special, în tumorile derivate din celulele MC38, a fost observată o reducere a volumului tumorii între zilele 10 și 13 după transplantul de celule. Această regresie întârziată poate reflecta nu numai efectele directe ale inducerii apoptozei și inhibarea proliferării celulare, ci și activarea răspunsurilor imune antitumorale.adaugă prof. Sudo.

Deși aceste rezultate sunt foarte promițătoare, studiul a folosit celule canceroase modificate genetic înainte de implantare și sunt necesare cercetări suplimentare pentru a determina dacă tumorile preexistente pot fi făcute să exprime AR3 în mod eficient. Autorii notează, de asemenea, că penetrarea luminii rămâne o limitare, deoarece lumina laser verde poate induce apoptoza doar la o adâncime de aproximativ 1 mm.

„Demonstrând apoptoza indusă de lumină și suprimarea semnificativă a creșterii tumorii în două modele diferite de cancer, MC38 și B16F10, evidențiem generalizarea și eficacitatea acestei abordări.”a spus prof. Sudo, subliniind importanta acestor rezultate. Autorii sugerează că terapia optogenetică bazată pe AR3 ar putea fi în cele din urmă combinată cu alte tratamente pentru cancer pentru a crește eficacitatea și a viza o gamă mai largă de tumori.

Surse: