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      科學家利用光來控制細胞的邏輯網(wǎng)絡
      
			
      
				2019-01-07 10:18:59
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      蛋白質(zhì)是生命的主力分子。在他們的許多工作中，他們攜帶氧氣，構建組織，為下一代復制DNA，并協(xié)調(diào)細胞內(nèi)和細胞之間的事件?，F(xiàn)在北卡羅來納大學教堂山分校的科學家已經(jīng)開發(fā)出一種控制活細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的方法，只需輕輕一按開關即可，為研究人員提供了一種前所未有的工具，可以使用最簡單的工具來確定疾病的起因：光。
      

      科學家利用光來控制細胞的邏輯網(wǎng)絡
      

      由Klaus Hahn和Nikolay Dokholyan領導并由Onur Dagliyan(他們實驗室的研究生)帶頭的工作建立在稱為光遺傳學的突破性技術的基礎上。該技術是在21世紀初開發(fā)的，它首次允許科學家使用光來激活和停用可以使腦細胞開啟和關閉的蛋白質(zhì)，從而改善個體大腦回路的作用以及它們與不同方面的關系。行為和個性。
      

      但該技術有其局限性。只有少數(shù)蛋白質(zhì)可以被光控制; 它們放在通常不存在的細胞的一部分; 他們經(jīng)過嚴格的設計，失去了原有的檢測和響應環(huán)境的能力。
      

      最近在“ 科學”雜志上發(fā)表的新作品中，Hahn，Dokholyan和Dagliyan擴大了光遺傳學，以控制各種蛋白質(zhì)而不改變其功能，允許光控蛋白質(zhì)進行日常瑣事。蛋白質(zhì)幾乎可以在細胞的任何地方打開，使研究人員能夠看到蛋白質(zhì)如何根據(jù)它們打開和關閉的位置完成不同的工作。
      

      “我們可以采用完整的，完整的蛋白質(zhì)，就像大自然制造它一樣，并將這個小旋鈕放在上面，這樣我們就可以用光來打開和關閉它，”Hahn，Thurman藥理學杰出教授和UNC Lineberger綜合癌癥中心會員。“這就像一個開關。”
      

      Hahn，Dokholyan及其同事開發(fā)的開關功能多樣且快速 - 它們可以在切換光線時盡可能快地打開或關閉蛋白質(zhì)。通過改變光的強度，它們還可以控制蛋白質(zhì)被激活或失活的程度。通過控制照射的時間，他們可以精確控制蛋白質(zhì)在細胞中不同點的活化時間。
      

      “細胞行為的很多方面取決于蛋白質(zhì)活性的短暫，快速變化，”哈恩說。“但這些變化必須發(fā)生在確切的位置。如果細胞在不同的地方活躍，相同的蛋白質(zhì)會導致細胞做不同的事情，在細胞的不同部分建立靈活的邏輯網(wǎng)絡，這取決于它所響應的內(nèi)容。”
      

      為了取得突破，Hahn和Dagliyan使用計算方法確定蛋白質(zhì)的哪些部分可以在不改變蛋白質(zhì)正常操作的情況下進行修飾，并且表明通常在蛋白質(zhì)表面上發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)結構環(huán)可以通過不同的“旋鈕”輕易修飾用光來控制蛋白質(zhì)，甚至對藥物有反應。
      

      想象一下，將攝像機固定在公共汽車上; 將它放在油門踏板上會阻礙其功能，因此總線無法正常行駛。但把它放在引擎蓋上，公共汽車將繼續(xù)開得很好。新的計算方法將研究人員指向每個蛋白質(zhì)的引擎蓋。
      

      由于這些工具保持了天然蛋白質(zhì)功能的完整性，這項新技術使科學家們能夠在生命系統(tǒng)中研究蛋白質(zhì)，而蛋白質(zhì)通常以其自然復雜的方式生存和工作。這種在生命系統(tǒng)中操縱蛋白質(zhì)的能力也提供了研究多種疾病的機會，這些疾病通常由單一蛋白質(zhì)的功能障礙引起。
      

      “為了理解發(fā)生了什么，你需要看到部件四處移動，”哈恩說。“這是你需要知道的動態(tài)行為才能理解正在發(fā)生的事情。”
      
			

			
        
      
			
      
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