Nat Commun：活细胞信号通用控制器：新型光遗传工具
2017-05-27 MedSci 生物通
光遗传学，通过把合成基因与具有效应结构域的光敏基团相结合，把光信号转化为蛋白质和细胞功能信号。早期应用的代表是，用光驱动质子泵为线粒体充电，以及使用外源性视紫红质调节G蛋白，使单个发光的神经元去极化。第一代光调节合成通路被广泛地应用于行为神经学研究。第二代光遗传学可用光谱写信号蛋白质的功能性规则。不再是简单的触发神经元的活动，二代技术能以高时空精度操纵特定的信号指令。其他学科（如晶体学、定向进化、
光遗传学，通过把合成基因与具有效应结构域的光敏基团相结合，把光信号转化为蛋白质和细胞功能信号。早期应用的代表是，用光驱动质子泵为线粒体充电，以及使用外源性视紫红质调节G蛋白，使单个发光的神经元去极化。第一代光调节合成通路被广泛地应用于行为神经学研究。
第二代光遗传学可用光谱写信号蛋白质的功能性规则。不再是简单的触发神经元的活动，二代技术能以高时空精度操纵特定的信号指令。其他学科（如晶体学、定向进化、分子建模、同源肽交织和系统迭代函数优化等）的交叉，进一步拓展了光遗传的应用范围。
尽管如此，光遗传的可控细胞通路数量仍然有限，并且基本上都是在个案的基础上需要被单独开发。因此，芬兰图尔库大学和 ？bo Akademi 大学的 Michael Courtney 研究团队才希望开发一种不受所研究的蛋白质类型限制的通用光遗传蛋白质调节器。
这种新的光遗传工具，可解码和控制活细胞中所有信号通路。利用通路中主要生物信号的共振效应，研究人员发现哺乳动物细胞内的信号通路能够被光线调控。使用这项技术，Michael Courtney 课题组开发了 JNK 等蛋白激酶的光遗传抑制模型。
研究小组发现向细胞质内供应特定频率的抑制脉冲，可抑制核基因的 JNK 表达。这种前所未有的细胞信号通路控制方式，可以调控细胞原有的基因表达时间代码。
此前，曾有文献报道过“细胞通路共振“有抑菌效果，这篇发表在《Nature Communications》的报道首次报道了哺乳动物细胞也具有类似的行为，这意味着这种基因表达调控工具不仅可用于退行性疾病进程研究，还有助于新疗法的发现，比如抑制癌细胞生长。
抗肿瘤领域年年出新药，数十亿美金花在了这些药物的开发和批准工作上，可是当它们投入临床后，很快就成了无效药物。根据这篇文章报道的证据，用物理频率取代化学药物，可能更容易取得较好的结果，尤其是对已经表现出耐药性的疾病。
原始出处：
Melero-Fernandez de Mera RM，et al.A simple optogenetic MAPK inhibitor design reveals resonance between transcription-regulating circuitry and temporally-encoded inputs.Nat Commun 2017 May 12；8：15017.
作者：MedSci
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