Nat Methods：光遺傳學(xué)——細(xì)胞生物學(xué)新研究利器

來(lái)源：作者：人氣：-發(fā)表時(shí)間：2017-03-21 08:54:00【大中小】

在細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域創(chuàng)新的研究方法并不是特別多。光遺傳學(xué)方法過(guò)去多應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)的研究。然而，全新的方法拓展了光遺傳學(xué)應(yīng)用范圍，幾乎可以用于所有組織器官的細(xì)胞生物學(xué)研究，這一全新的技術(shù)可能會(huì)細(xì)胞生物學(xué)研究帶來(lái)新的曙光！傳統(tǒng)對(duì)細(xì)胞信號(hào)研究幾乎都是線性的，而光遺傳學(xué)可能提供了立體、空間，以及動(dòng)態(tài)的細(xì)胞信號(hào)特征，也可能為人類認(rèn)識(shí)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)提供了完全不同的視野！相信，隨著光遺傳學(xué)技術(shù)的發(fā)展和深入，將人類對(duì)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的認(rèn)識(shí)帶入新的“視界”！

光遺傳學(xué)——細(xì)胞生物學(xué)新研究利器

來(lái)自阿爾伯塔大學(xué)的研究人員開發(fā)出了一種使用光控制生物細(xì)胞水平的新方法。這種工具被稱為光可切割蛋白（photocleavable protein）：PhoCl，也就是當(dāng)暴露于光線時(shí)，蛋白會(huì)裂解開來(lái)，這樣科學(xué)家們就能以新的方式來(lái)研究和操縱細(xì)胞內(nèi)活性。

這一研究成果公布在3月的Nature Methods雜志上，領(lǐng)導(dǎo)這一研究的是阿爾伯塔大學(xué)的蛋白質(zhì)工程師Robert Campbell。他曾說(shuō)過(guò)，“在我的職業(yè)生涯中期階段，我發(fā)現(xiàn)要想單純的進(jìn)行發(fā)明有些可怕。由假說(shuō)驅(qū)使的研究總是會(huì)得到一個(gè)答案，無(wú)論得到的是不是正確的答案。相比之下，由發(fā)明驅(qū)動(dòng)的研究往往有雙向出口，要不成功，要不失敗，而失敗很少有人提及。”Nature技術(shù)人物：想要發(fā)明，而不是驗(yàn)證的科學(xué)家

Campbell師承加州大學(xué)圣地亞哥分校的華裔諾獎(jiǎng)得主Roger Tsien（錢永健）。他在自己的職業(yè)生涯中研發(fā)出了一種稱為FPX的新技術(shù)工具，這種工具能利用熒光蛋白在活細(xì)胞和組織里成像動(dòng)態(tài)的生化事件，將蛋白互作的變化轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒓纯梢姷念伾淖儯t-綠），這不僅為人們提供了即時(shí)檢測(cè)細(xì)胞變化的新工具，還向人們展示了構(gòu)建新一代生物感應(yīng)器的一種通用策略。

在這篇文章中，研究人員首先利用光可切割蛋白將細(xì)胞蛋白與抑制劑連接在一起，令其無(wú)法執(zhí)行正常的功能，這個(gè)過(guò)程被稱為鎖定。Campbell表示，“（然后）通過(guò)將光照射到細(xì)胞中，我們可以使光可切割蛋白裂解，從而去除抑制劑，令細(xì)胞內(nèi)蛋白解鎖”，一旦蛋白被解鎖，那么就可完成其在細(xì)胞內(nèi)的正常功能。

這一工具對(duì)于希望能調(diào)控細(xì)胞內(nèi)進(jìn)程的研究人員來(lái)說(shuō)，相對(duì)容易使用，也應(yīng)用廣泛。

Campbell解釋說(shuō)，光敏蛋白可以被用于研究任何活細(xì)胞的內(nèi)部工作。例如，光遺傳學(xué)工具廣泛應(yīng)用于激活小鼠的腦活動(dòng)。“我們可以利用光可切割蛋白在實(shí)驗(yàn)室研究單個(gè)細(xì)菌，酵母，人類細(xì)胞，甚至整個(gè)動(dòng)物，如斑馬魚或小鼠。不過(guò)首先需要將這些蛋白放入動(dòng)物體內(nèi)，因此我們簡(jiǎn)單地將這種蛋白的基因剪接成DNA，利用已有技術(shù)將其插入到細(xì)胞中。”

目前Addgene可以提供光可切割蛋白基因。

“我們希望提供新的方法來(lái)了解細(xì)胞生物學(xué)，”Campbell說(shuō)，“未來(lái)這將能有更多潛在的應(yīng)用，比如研究哪些細(xì)胞會(huì)成為發(fā)育生物學(xué)中的哪些組織，以及分析基因編輯技術(shù)的可行性。”

光遺傳學(xué)是近年來(lái)最具創(chuàng)新性的顯微技術(shù)之一，通過(guò)結(jié)合遺傳學(xué)和光學(xué)方法，科學(xué)家們可以利用光來(lái)特異性控制活細(xì)胞中精確時(shí)間段的蛋白活性，以及蛋白相互作用。

在進(jìn)行光遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，研究人員經(jīng)常需要使用一種激光共焦顯微鏡的光漂白模式（photobleaching mode）。雖然目前特殊激光或其它通過(guò)光學(xué)半導(dǎo)體作為數(shù)字微鏡設(shè)備（digital micromirror devices）的照明系統(tǒng)，已經(jīng)得到了長(zhǎng)足發(fā)展，但是這些設(shè)備價(jià)格依然居高不下，而且也只能用于細(xì)胞生物學(xué)研究中的幾種光應(yīng)答蛋白。此前來(lái)自日本香川大學(xué)的研究人員研發(fā)出了一種自動(dòng)熒光顯微系統(tǒng)，這種系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的光學(xué)零件和軟件，能操控活細(xì)胞中的基因編碼光應(yīng)答蛋白。自動(dòng)熒光顯微系統(tǒng)：高效光控蛋白。

原文來(lái)源

Optogenetic control with a photocleavable protein, PhoCl