Science：科學家成功利用光實現對細胞邏輯網路的控制

2017年1月9日 訊 /生物谷BIOON/ --蛋白質是維持機體生命活動的重要分子，蛋白質能夠幫助攜帶氧氣、構建組織、進行DNA複製，同時還能夠協調細胞間的諸多「事件」。如今來自美國北卡大學教堂山分校的研究人員通過研究開發出了一種新方法，該方法能夠輕鬆利用開關來控制機體細胞中蛋白質的功能發揮，這就為研究者提供了一種新型的研究工具，而研究者僅利用光就能深入研究多種疾病的發病原因了，相關研究刊登於國際雜誌Science上。

文章中，研究者利用光遺傳學技術進行研究，這項技術開發於2000年初期，其能夠幫助科學家利用光來激活或失活蛋白質從而開啟或關閉大腦細胞的表達，當然該技術還能夠幫助研究人員研究個體大腦迴路的作用原理以及大腦迴路同機體不同行為表現之間的關聯。但目前光遺傳學存在一定的局限性，利用光僅能控制少量蛋白的表達。

在這項最新研究中，研究人員就對光遺傳學技術進行了擴展，使其在不改變蛋白質功能的前提下能夠有效控制一系列蛋白的表達，從而就能夠使光控蛋白髮揮自己應有的功能，這種光控蛋白在細胞中的任何地方都能夠正常表達，因此研究者們就能夠根據這些蛋白開啟/關閉的位置來研究蛋白質發揮功能的機制。研究者Hahn教授說道，我們能夠利用光對完整的蛋白質來進行深入研究，我們所開發的這種光控開關是通用的，而且速度非常快，其能夠對蛋白質進行快速開啟/關閉，通過改變光的強度就能夠控制激活或失活蛋白的水平，而且通過控制光照的時間，也能夠控制細胞中不同位置的蛋白被激活表達的時間。

細胞行為的很多方面都依賴蛋白活性的短暫快速改變，但這些改變往往會在確定的位置發生，相同的蛋白如果在不同的地方被激活，其就會誘發細胞產生一系列不同的變化；在這項研究中，研究人員利用一種複雜的計算方法在不改變蛋白質正常功能的前體下，鑒別出了蛋白質中能夠被修飾的部位，同時研究者還發現，蛋白質表面經常存在的環狀蛋白結構也能夠被光進行修飾。

研究者表示，這種新型技術能夠幫助他們對生命系統中的蛋白質進行深入研究，而生命系統中的蛋白質能夠正常發揮作用，並且展現出其複雜性；對蛋白質進行有效地操控就能夠為科學家們提供機會來研究人類多種疾病的發病機制，因為很多疾病的發生常常是由於單一蛋白的異常調節或表達而引起的。後期研究者們還將繼續深入研究探索開發出一系列新型方法來研究細胞中蛋白質的功能，從而為闡明多種人類疾病的發病機制提供一定的研究線索和思路。（生物谷Bioon.com）

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doi:10.1126/science.aah3404

PMC:

PMID:

Engineering extrinsic disorder to control protein activity in living cells

Onur Dagliyan1,2,3, Miroslaw Tarnawski4, Pei-Hsuan Chu3, David Shirvanyants2, Ilme Schlichting4, Nikolay V. Dokholyan1,2,*, Klaus M. Hahn3,*