Egy fényérzékeny fehérje segít a rákos sejtek öngyilkosságában
A rákos sejtek egyik jellemzője, hogy a fehérjeexpresszió változásai révén képesek elkerülni az apoptózist, vagyis a programozott sejthalált. A rákos sejtek apoptózisának kiváltása az új rákterápiák egyik fő célpontjává vált, mivel ezek a módszerek kevésbé mérgezőek az egészséges szövetekre, mint a hagyományos kemoterápia vagy sugárkezelés. Jelenleg számos kémiai anyagot tesztelnek az apoptózis kiváltására való képességük szempontjából, és a kutatók egyre inkább olyan fényaktivált molekulákat vizsgálnak, amelyek lézer segítségével pontosan a tumor helyére irányíthatók, kímélve a környező egészséges szöveteket.
A rákos sejtek mitokondriumokkal rendelkeznek, amelyek energiát biztosítanak a gyors növekedéshez és osztódáshoz, de a túlzottan lúgos környezet feltehetően megzavarja a mitokondriumok működését, ami apoptózishoz vezet.
Az Archaerhodopsin-3 (AR3) nevű mikrobiális fehérje lehet a kulcsa a lúgosság által kiváltott apoptózisnak. Zöld fény hatására az AR3 hidrogénionokat pumpál ki a sejtből, növelve a lúgosságot, megzavarva a sejtek működését, és végül apoptózist kiváltva. Az AR3 rákos sejtvonalakban történő apoptózis kiváltó képességét Yuki Sudo professzor, Keiichi Kojima doktor, Shin Nakao doktor és csapata, az Okayama Egyetem Orvostudományi, Fogorvostudományi és Gyógyszerészeti Karának kutatói írták le egy nemrégiben megjelent cikkben. Eredményeiket 2025. november 4-én online publikálták az American Chemical Society folyóiratában.
„Korábbi kutatásunk soránkidolgoztunk egy új optogenetikai módszert, amely az AR3 segítségével az intracelluláris pH lúgosításával indukálja az apoptotikus sejthalált” – mondta Sudo professzor. Hozzátette: „Ebben a tanulmányban az AR3-alapú optogenetikai stratégiánkat egerek rákos sejtvonalára alkalmaztuk, és bizonyítottuk annak magas hatékonyságát az apoptózis indukálásában és a tumorellenes hatásokban mind in vitro, mind in vivo.”
A szerzők először génmódosított vírusokat használtak az AR3 gének beillesztésére egy egér vastagbélrákos sejtvonalba (MC38) és egy melanoma sejtvonalba (B16F10). Az AR3-expresszióval nem rendelkező sejtek zöld fény hatására normálisan túlélték a kezelést. Ezzel szemben az AR3-expresszióval rendelkező sejteknél magas sejthalálozási arányt figyeltek meg – több mint 40% az MC38-ban és több mint 60% a B16F10-ben –, valamint az apoptózis okaként egyértelmű jeleit mutatták a mitokondriumok zavarának. Zöld fény nélkül nem történt apoptózis, ami megerősítette, hogy az AR3 aktivitása kifejezetten fény által indukált volt.
Ezek az eredmények arra ösztönözték a kutatócsoportot, hogy ezeket a sejtvonalakat felhasználva tumorokat indukáljanak egészséges egerekben. Amikor ezeket a tumorokat 6 nappal később zöld lézerfénynek tették ki, az AR3-t expresszáló tumorok jelentős mértékű sejthalált szenvedtek, és a tumor külső rétegeiben a sejtek szaporodásának csökkenése volt tapasztalható. Ennél is fontosabb, hogy a tumor beültetése után 13 nappal az AR3-t expresszáló tumorok 65–75%-kal kisebbek voltak, mint a nem AR3-t expresszáló tumorok.
„Érdemes megjegyezni, hogy az MC38 sejtekből származó daganatok esetében a daganat térfogatának csökkenése a sejtátültetés után 10 és 13 nap között volt megfigyelhető. Ez a késleltetett visszafejlődés nemcsak az apoptózis indukciójának és a sejtek szaporodásának gátlásának közvetlen hatásait tükrözi, hanem a daganatellenes immunválaszok bekapcsolódását is” – teszi hozzá Sudo professzor.
Bár ezek az eredmények nagyon ígéretesek, a tanulmányban a beültetés előtt genetikailag módosított ráksejteket használtak, és további kutatásokra van szükség annak megállapításához, hogy a már meglévő tumorok hatékonyan expresszálhatják-e az AR3-at. A szerzők azt is megjegyzik, hogy a fényáteresztő képesség továbbra is korlátozott, mivel a zöld lézerfény csak körülbelül 1 mm mélységig képes apoptózist indukálni.
„Az MC38 és B16F10 két különböző rákmodellben a fény által kiváltott apoptózis és a tumor növekedésének jelentős gátlása bemutatásával kiemeljük ennek a megközelítésnek az általánosíthatóságát és hatékonyságát” – mondta Sudo professzor, hangsúlyozva e megállapítások fontosságát. A szerzők szerint az AR3-alapú optogenetikai terápia végül kombinálható lehet más rákkezelésekkel a hatékonyság növelése és a tumorok szélesebb körének célzása érdekében.