Proteinblanding under blåt lys

En af de nuværende udfordringer i biologi er at forstå hurtigt skiftende fænomener. Interessant nok, kun en lille del af dem skyldes proteiner, der virker isoleret, størstedelen af ​​biologiske hændelser er reguleret af proteiner, der virker sammen i klynger. Forskere ved Center for Kognition og Socialitet, inden for Institut for Grundvidenskab (IBS), har udviklet et nyt værktøj, kaldet "CRY2clust", at udløse proteinklyngedannelse som reaktion på blåt lys. Denne nye teknik har en meget hurtigere responsrate og højere lysfølsomhed end eksisterende metoder. Udgivet i Naturkommunikation , dette nye værktøj kunne fremme vores forståelse af utallige molekylære og cellulære mekanismer.

CRY2clust er baseret på et fotoreceptorprotein kaldet cryptochrome 2 (CRY2), stammer fra planten Arabidopsis thaliana. CRY2 medierer plantevækst og udvikling, og mere specifikt, en del af CRY2, kendt som CRY2 Photolyase Homology Region (CRY2PHR), får dette protein til at samle sig som reaktion på den blå del af sollyset.

CRY2PHRs funktioner har allerede tiltrukket sig videnskabsmænds opmærksomhed, hvem gjorde det til et værktøj til optogenetik, en innovativ teknik baseret på biologi og optik, der tillader kunstig kontrol af biologiske hændelser med laserlys. Takket være optogenetik, veldefinerede cellulære aktiviteter kan nemt slås til og fra på bestemte steder og tidspunkter. For eksempel, protein af interesse bundet til CRY2PHR samles i nærvær af blåt lys og skilles ad, når lyset slukkes, resulterer i forskellige biologiske effekter. Imidlertid, videnskabsmænd har rapporteret, at effektiviteten af ​​dette system varierer dramatisk afhængigt af typen af ​​målproteiner bundet til CRY2PHR, begrænser dets brug. IBS-teamet har søgt at forbedre det:"CRY2's 3D-struktur er ikke blevet defineret endnu, så vi har prøvet forskellige strategier for at forstå, hvordan det fungerer inde i celler og for at gøre det mere effektivt, " forklarer KIM Na Yeon, en ph.d.-studerende i teamet.

Det nye optogenetiske værktøj udviklet af IBS-forskere, CRY2-klynge, består af CRY2PHR plus 9 aminosyrerester, som er udviklet til at maksimere dens ydeevne. I sammenligning med andre CRY2-afledte optogenetiske systemer, såsom CRY2olig, CRY2clust udløser hurtigere proteinassociering og dissociation, når lyset tændes og slukkes, henholdsvis. Den er funktionel ved lavere blå lysintensitet (90 mikrowatt/mm2). I øvrigt, da det ikke akkumuleres i nukleare strukturer, kaldet nukleare pletter, det kan være nyttigt at studere nukleare processer.

Holdet anvendte CRY2clust med succes på to tilgængelige optogenetiske værktøjer:OptoSTIM1 og Raf1. I 2015 det samme IBS forskningscenter skabte en lysstyret regulator af calciumkanaler, OptoSTIM1, og brugte det til at forbedre musens hukommelse. I begge tilfælde at erstatte CRY2PHR med CRY2clust øgede systemernes hastighed og ydeevne.

"Vi har præsenteret et nyt dynamisk optogenetisk værktøj til at studere protein homo-oligodimerisering, det er klyngedannelse, som kunne være nyttigt for biologens værktøjskasse, " konkluderer prof. HEO Won Do, den førende forfatter til denne undersøgelse. Holdet arbejder nu på at udvikle nye optogenetiske systemer til brug i neurovidenskab.