有可能用光来控制动物或细胞的行为吗?近年来,光遗传学取得了显著进展,研究方法已接近实现这一目标。
由科学研究生院的小柳光正教授和寺田明久教授以及大阪城市大学人类生命与生态研究生院的Kage-Nakadai教授领导的研究小组发现了一种新的系统,可以让他们控制线虫的行为秀丽隐杆线虫使用两种不同的光敏蛋白——视蛋白。
从蚊子中分离出一种光敏视蛋白秀丽隐杆线虫“感觉细胞负责逃避行为,使蠕虫在感受到化学或物理刺激后离开。研究小组发现,将蠕虫暴露在白光下会触发这种回避行为,其灵敏度比用通道视紫红质-2(一种常见的光遗传蛋白)观察到的灵敏度高约7000倍。
同样,在七鳃鳗的松果体器官中发现的一种对紫外线敏感的视蛋白被引入到七鳃鳗的运动神经元中秀丽隐杆线虫。之后,当暴露在紫外线下时,蠕虫停止移动,当暴露在绿光下时,蠕虫又开始移动。这种启停行为重复了很多次,在紫外光和绿光之间切换,表明视蛋白可以在不破坏蛋白质的情况下打开和关闭。
Koyanagi教授说:“我们使用的蚊子和七鳃鳗视蛋白都是G蛋白偶联受体(GPCR)受体家族的成员,这些受体用于感知各种刺激,包括嗅觉、味觉、激素和神经递质,这表明这个使用光的系统可以用来操纵各种GPCR及其随后的细胞内信号传导和生理反应。”
重要的是,测试的两种视蛋白都是双稳态的,这意味着它们可以在活性和非活性之间切换,而不会发生光漂白或分解,允许它们在吸收不同波长的光后再次使用。紫外光和绿光波长之间的差异足够大,以至于不活跃的对紫外光敏感的视蛋白可以恢复,从而允许GPCR信号的颜色依赖的光遗传控制。
Terakita教授总结说:“这里报道的基于双稳态动物GPCR视蛋白的高性能光遗传工具是一个突破,不仅在广泛的生物学研究中,而且可能有助于已经受到相当关注的药物发现领域。”
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