新技术利用光来控制细胞内蛋白质的寿命

来源：news medical |校审：Kate Anderton |2019-11-4| 翻译：聚生物

研究人员报告说，他们已经开发出一种新技术，利用光来控制细胞内蛋白质的寿命这种方法将使科学家能够更好地观察特定蛋白质对健康、发育和疾病的影响。

伊利诺伊大学生物化学教授张凯(Kai Zhang)领导了这项新研究，他说，以前控制蛋白质水平的技术包括添加降解特定蛋白质的化学物质。张说，光遗传学是一种更有效、更无毒的控制蛋白质水平的方法。

张说，在早期的光遗传学方法中，科学家们对特定的蛋白质进行修饰，光照在细胞上会导致蛋白质分解。

“我们想开发一个系统，在这个系统中，可以利用光来稳定目标蛋白质，而不是降解它。这样的系统可以在癌症中应用，当你想稳定某一个癌症抑制剂。”Payel Mondal, Zhang实验室的研究生说。

蛋白质在细胞中以不同的方式被激活。研究人员想要确保他们的方法对任何感兴趣的蛋白质都有效。

该团队开发的新技术名为“GLIMPSe”，将一个名为“degron”的短肽序列连接到靶蛋白,该短肽发送信号，使细胞来降解目标蛋白。光触发后细胞会移除degron，从而从降解过程中拯救目的蛋白。这项技术使科学家能够研究当一种蛋白质在细胞中存在或不存在时，或者当它在低水平和高水平存在时会发生什么。

研究人员修改了两种蛋白质:一种激酶和一种磷酸酶。

“如果你激活激酶，它将引导细胞分化为神经元细胞，”张说。“如果你激活磷酸酶，它就会阻止这种分化。”

蒙达尔（Mondal）说:“我们证明了利用光可以控制两种不同类型蛋白质的稳定性。”“我们发现，在使用光30分钟内，蛋白质就稳定下来了。”

“这个系统的一个局限是，一旦蛋白质被拯救，我们就没有能力进一步控制它的水平，”张说。“最终，细胞会降解蛋白质。”

研究人员正在努力开发新技术，进一步扩大他们的控制范围。

这些发现是与伊利诺伊大学(University of Illinois)比较生物科学教授、论文作者之一杨静(Jing Yang)长期合作的结果。

“我们开始研究胚胎发育，杨教授对degron的工作原理做了详细的研究，”张说。“通过将胚胎发育与合成生物学结合起来，我们创造了新的工具。”

张的团队正在研究如何在光激活后控制目的蛋白的稳定性，以及如何利用这项技术来研究胚胎发育。

Source:

University of Illinois at Urbana-Champaign

Journal reference:

Mondal, P., et al. (2019) Repurposing Protein Degradation for Optogenetic Modulation of Protein Activities. ACS Synthetic Biology. doi.org/10.1021/acssynbio.9b00285.

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