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光遺傳學(xué)系統(tǒng)抑制細(xì)胞內(nèi)膜囊泡運(yùn)輸

2019-01-24 11:28:18 ? 來(lái)源：

在整個(gè)細(xì)胞中，材料通過(guò)稱為囊泡的微小包裝連續(xù)傳輸。這個(gè)過(guò)程稱為細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸，對(duì)細(xì)胞的正常功能至關(guān)重要。控制囊泡等細(xì)胞內(nèi)膜是一個(gè)看似不可能的命題，但基礎(chǔ)科學(xué)研究所(IBS)認(rèn)知與社會(huì)中心的研究人員創(chuàng)造了一種光遺傳學(xué)過(guò)程，稱為“光活化可逆抑制細(xì)胞內(nèi)組裝陷阱”膜“(IM-LARIAT)，允許觀察和控制填充我們細(xì)胞的膜。

IBS團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種光誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)“暫停按鈕”，使兩個(gè)蛋白質(zhì)聚集體聚集在一起。隨著強(qiáng)度和光長(zhǎng)度的增加，結(jié)塊變得更大，這抑制了膜的運(yùn)動(dòng)。第一個(gè)會(huì)眾由3個(gè)組成部分組成：CIB1，一個(gè)抓住CRY2的吸引子; RFP，一種在光照下發(fā)出紅光的標(biāo)記物，以及Rab GTPase，一種與細(xì)胞內(nèi)囊泡膜結(jié)合的蛋白質(zhì)。第二個(gè)聚集體由兩部分組成：YFP，一種在光照下發(fā)熒光的標(biāo)記蛋白和CRY2，一種由光激活的光遺傳增強(qiáng)蛋白，吸引蛋白CIB1以及其他CRY2。在這種情況下，當(dāng)一個(gè)藍(lán)燈當(dāng)應(yīng)用時(shí)，兩種蛋白質(zhì)彼此吸引，導(dǎo)致它們聚集在一起，就像金屬屑被磁鐵吸引一樣。

為了制備蛋白質(zhì)結(jié)合物，研究小組將他們的DNA轉(zhuǎn)染到細(xì)胞中，用它來(lái)翻譯每個(gè)細(xì)胞中的蛋白質(zhì)。與Rab GTPase的結(jié)合物進(jìn)入囊泡膜并固定在適當(dāng)?shù)奈恢茫３志o密。同時(shí)，含有CRY2 的另一種蛋白質(zhì)綴合物在細(xì)胞內(nèi)自由移動(dòng)。當(dāng)藍(lán)光照射到細(xì)胞上時(shí)，CRY2被激活，向其附近的CIB1移動(dòng)。由于有許多囊泡，每個(gè)囊泡附有幾個(gè)Rab GTP酶，它們中的一些移動(dòng)到相同的CRY2，導(dǎo)致它們聚集在一起。

囊泡的這種聚集導(dǎo)致細(xì)胞破裂，因?yàn)槟遗荼蛔柚箞?zhí)行它們的常規(guī)功能。根據(jù)第一作者M(jìn)ai Khanh Nguyen的說(shuō)法，“這個(gè)過(guò)程”就像在細(xì)胞上按下暫停按鈕一樣。當(dāng)燈關(guān)閉時(shí)，CIB1和CRY2不再相互吸引，并且囊泡在細(xì)胞內(nèi)恢復(fù)正常工作。

該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在尋找改進(jìn)流程的方法。Mai表示，“在未來(lái)，我們計(jì)劃將我們的工具與基因組編輯結(jié)合起來(lái)，我們將用它來(lái)特異性地將編碼CIB1的序列插入到基因組中，使我們能夠使用內(nèi)源蛋白質(zhì)對(duì)細(xì)胞內(nèi)膜進(jìn)行光遺傳學(xué)控制.Nguyen計(jì)劃應(yīng)用IM- LARIAT技術(shù)可以控制突觸小泡在神經(jīng)元之間的傳遞和通信。她說(shuō)：“這可能是學(xué)習(xí)更多疾病的一步，包括神經(jīng)元無(wú)法與之交流的神經(jīng)退行性疾病。 “弄清楚神經(jīng)元如何溝通也可能是了解記憶如何形成和存儲(chǔ)的一種方式。這項(xiàng)工作可以讓人更好地了解像帕金森這樣的疾病。”

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