伊利诺伊大学香槟分校(University of Illinois urbana - champae)的研究人员开发了一种方法，利用蓝光激活青蛙胚胎中的Wnt(读作“winter”)信号通路。该研究小组表示，该通路在动物和人类的发展中扮演着各种各样的角色，利用光线调节它的能力将使研究人员更好地研究它的各种功能。

由生物化学教授张凯(Kai Zhang)和比较生物科学教授杨静(Jing Yang)领导的研究小组在《分子生物学杂志》(Journal of Molecular Biology)上发表了他们的研究成果，并被选为特色交流，代表了前1%的论文。

Wnt通路由细胞表面的受体激活，并触发细胞内的级联反应。张教授说，过多或过少的信号都可能是灾难性的，这使得使用刺激细胞表面受体的标准技术来研究这一途径变得非常困难。

“在胚胎发育期间，Wnt调节许多器官的发育，如头部、脊髓和眼睛。它还维持了成人许多组织中的干细胞:虽然Wnt信号不足导致组织修复失败，但Wnt信号升高可能导致癌症，”杨教授说。

张教授说，要达到调节这些途径的标准方法(如化学刺激)的必要平衡非常困难。为了解决这个问题，研究人员设计了受体蛋白，使其对蓝光做出反应。通过这种方法，他们可以通过调节光的强度和持续时间来微调Wnt水平。

“光作为一种治疗策略已被用于光动力疗法，具有生物相容性和暴露区域无残留效应的优点。然而，大多数光动力疗法通常使用光产生高能化学物质——例如活性氧物种——而不区分正常和病变组织，因此不可能靶向治疗，”张教授说。“在我们的工作中，我们已经证明了蓝光可以激活青蛙胚胎不同的身体区域内的信号通路。我们设想，空间定义的细胞功能刺激可以缓解脱靶毒性的挑战。”

研究人员展示了他们的技术，并通过刺激青蛙胚胎的脊髓和头部发育来验证其可调谐性和敏感性。他们假设技术还可以应用于其他膜结合受体已经证明困难的目标,以及其他动物共享Wnt通路,允许更大的了解这些途径调节发展时,会发生什么,或者缺少刺激。

“随着我们继续扩展我们的光敏系统，以覆盖胚胎发育的其他重要信号通路，我们将为发育生物学界提供一套有价值的工具，可以帮助他们确定许多发育过程的信号结果，”杨教授说。

研究人员还希望他们研究Wnt的基于光的技术能够照亮人类组织中的组织修复和癌症研究。

“因为癌症通常涉及过度激活的信号，我们设想一种光敏的Wnt激活剂可以用来研究活细胞中的癌症进展，”张教授说。“结合活细胞成像，我们将能够定量地确定将正常细胞转化为癌变细胞的信号阈值，从而为未来精准医学中的靶向治疗发展提供初步数据。”

Vishnu V. Krishnamurthy, Hyojeong Hwang, Jia Fu, Jing Yang, Kai Zhang. Optogenetic Control of the Canonical Wnt Signaling pathway During Xenopus laevis Embryonic Development. Journal of Molecular Biology, 2021; 433 (18): 167050 DOI: 10.1016/j.jmb.2021.167050