Авторы данной статьи разработали оптогенетический инструмент OptoShroom3, который позволяет быстро запускать апикальное сокращение в эпителиях млекопитающих. Подсвечивая группы эпителиальных клеток можно добиться сокращения их апикальной поверхности, что приводит к изгибу клеточного пласта.

Для контроля апикального сокращения в тканях млекопитающих, авторы работы создали оптогенетический вариант белка Shroom3. Этот белок в клетках млекопитающих привлекает киназу ROCK к апексу клетки и состоит их двух Shroom доменов. Первый домен связывается с актином и отвечает за апикальную локализацию, в то время как другой домен связывается с киназой ROCK. Авторы разделили Shroom домены на 2 отдельные генетические конструкции, которые воссоединяются при освещении за счет активации оптогенетической пары iLID-SspB.  Для проверки конструкции авторы в течение 1 минуты стимулировали одну клетку из монослоя трансгенных клеток. Подсвеченные клетки пласта интенсивно сокращались в течение первых минут стимуляции, а затем постепенно замедляли сокращения. В итоге за 50 минут площадь апикальной поверхности клетки сократилась на 74,6 %. Апикальная поверхность начала увеличиваться через 1 минуту после окончания стимуляции, что означает быстрое расцепление двух компонентов и окончание сокращения актомиозина.

Применение данного метода к нейронным органоидам мыши и человека привело к утолщению нейроэпителия, уменьшению просвета зрительных пузырьков и уплощению нейроэктодермальных тканей. Эти результаты показывают, что с помощью контроля апикального сужения можно вызвать несколько типов трехмерной деформации в зависимости от исходного тканевого контекста. Разработанный коллективом авторов метод позволяет неинвазивно управлять морфогенезом тканевых органоидов и, таким образом, продвинуться к получению фунциональных органов in vitro.

Первоисточник: Martinez-Ara G. , Taberner N., Takayama M., et. al , Optogenetic control of apical constriction induces synthetic morphogenesis in mammalian tissues , DOI: 10.1101/2021.04.20.440475