基于光诱导蛋白质-蛋白质同源相互作用的细胞内信号的光遗传激活

doi:10.4103/1673-5374.314293

摘要/Abstract

摘要：

Neural Regen Res：光诱导蛋白-蛋白同源相互作用：光遗传学工具在光激活信号通路中的应用

蛋白间的动态相互作用对细胞的正常功能至关重要。同源相互作用事件同一类型蛋白质之间的物理相互作用是蛋白相互作用的关键子集，与细胞内信号通路的激活有关。人们迫切需要具有时空分辨率的蛋白相互作用调控能力来解释信号转导机制的动态性质。蛋白-蛋白相互作用调节大多数细胞活动的生化过程。大量蛋白质自结合成同型二聚体或寡聚体以获得结构和功能优势，包括改善稳定性、控制活性位点的可及性和特异性以及增加复杂性。蛋白质的同源结合有助于各种信号转导过程，将细胞外信号转化为细胞反应。信号事件的任何失调都可能导致疾病状态。检测或调节蛋白-蛋白相互作用的技术，如共免疫沉淀或化学遗传工具，极大地促进了对信号通路和相关疾病的理解。这些方法在从复杂的细胞活动中描绘信号通路的时间和空间可控性有限。

来自中国香港中文大学的Liting Duan团队认为细胞内信号通路通过不同的激活时空分布来调节复杂的细胞功能。信号事件的光遗传学操作通过在目标亚细胞区域和所需时间点施加光的能力，提供了高的空间和时间分辨率，这使得它们成为剖析复杂信号网络的有希望的工具。大多数基于光门控同源相互作用的光遗传学工具对蓝光有反应，蓝光限制了穿透深度，通常需要侵入性地插入光纤以将光传送到深部组织。新的光遗传模块的开发使光诱导的同源联想可以提供更多的可能性来绕过这一限制。例如，来自细菌光敏色素的近红外光激活的光生蛋白DrBphP允许在更深层的体内位置应用光生系统。目前可用的工具正在针对不同的特性和性能进行设计和优化。例如，不同版本的CRY2具有不同的同质缔合能力和光循环动力学，可以满足光学控制的各种需求。其中，CRY2high、CRY2oligo和CRY2clust的使用可能有助于增加光遗传学应用的渗透深度，因为它们大大增强了光介导的同源结合能力。期望开发更多的光诱导homo相互作用的工具，并通过这些工具建立更多的光遗传学应用来控制不同的信号通路，这将极大地促进细胞内信号通路的研究。

文章在《中国神经再生研究（英文版）》杂志2022年 1 月 1 期发表。

https://orcid.org/0000-0001-8978-8890 (Liting Duan)

Abstract: Dynamic protein-protein interactions are essential for proper cell functioning. Homo-interaction events—physical interactions between the same type of proteins—represent a pivotal subset of protein-protein interactions that are widely exploited in activating intracellular signaling pathways. Capacities of modulating protein-protein interactions with spatial and temporal resolution are greatly desired to decipher the dynamic nature of signal transduction mechanisms. The emerging optogenetic technology, based on genetically encoded light-sensitive proteins, provides promising opportunities to dissect the highly complex signaling networks with unmatched specificity and spatiotemporal precision. Here we review recent achievements in the development of optogenetic tools enabling light-inducible protein-protein homo-interactions and their applications in optical activation of signaling pathways.

Key words: cryptochrome 2, homo-interaction, intracellular signaling, light, light-induced protein-protein interaction, light-oxygen-voltage-sensing domain, light-sensitive proteins, optogenetics, phytochrome, signal transduction

. 基于光诱导蛋白质-蛋白质同源相互作用的细胞内信号的光遗传激活[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2022, 17(1): 25-30.

Peiyuan Huang, Zhihao Zhao, Liting Duan. Optogenetic activation of intracellular signaling based on light-inducible protein-protein homo-interactions[J]. Neural Regeneration Research, 2022, 17(1): 25-30.

参考文献

引言

出版重点

《中国神经再生研究（英文版）》杂志为SCI、PubMed数据库收录的国际唯一一本专注神经再生领域研究的经同行评议的开放获取期刊，出版来自全球神经再生领域专业学者的前沿性基础研究及临床研究及转化医学、循证医学优秀的最新成果。

期刊出版来自于脑损伤与神经再生、脊髓损伤与神经再生、周围神经损伤与神经再生和神经退行性病与神经再生、神经影像与神经再生的相关研究。期刊关注神经损伤与再生过程中的轴突再生、突触生长、神经可塑性、神经修复和替代、神经移植等最新研究成果。尤其关注应用细胞治疗、基因治疗、生物因子治疗、药物治疗、手术治疗、康复治疗、物理疗法、组织工程、生物工程、生物材料、神经假体等干预性方法产生神经再生效果的相关研究。文章应清晰描述抑制神经元损伤、减轻神经元损伤的一系列变化，保护损伤神经元的过程、方法、程度与评价，突出从细胞分子水平以及分子生物学水平解释神经元损伤后以及预后再生的机制。

NRR杂志被国际重要数据库收录

科学引文索引（Science Citation Index Expanded，SCI）

美国国立医学图书馆（PubMed）

美国国立医学图书馆开放获取全文数据库（PubMed Central, PMC）

美国生物学文摘数据库（BIOSIS previews, BP）

美国《化学文摘》（Chemical Abstracts, CA）

Scopus荷兰《医学文摘库/医学文摘》（Excerpta Medica, EM）

波兰《哥伯尼索引》（Index of Copurnicus, IC）

OvidSP平台数据库

中国科学引文数据库（CSCD）

中国科技期刊数据库-统计源期刊（CSTPCD）

编委会

主编Editor-in-Chief

苏国辉院士（Kwok-fai So, Chair Professor and Head, Jessie Ho Professor in Neuroscience, Department of Anatomy, The University of Hong Kong）。

徐晓明教授（Xiao-ming Xu, Professor and Mari Hulman George Chair of Neurological Surgery, Scientific Director of Spinal Cord and Brain Injury Research Group, Indiana University School of Medicine）

联系方式：Email: szb@nrren.org 电话：+86 138 0499 8773

编委会成员

期刊编委队伍由国际神经再生领域著名学者、中国科学院院士、香港大学苏国辉教授和美国印第安纳大学徐晓明教授领导的由100多位国际神经再生优秀专家组成。共同致力于创办一本发表神经再生领域专业学术研究经同行严格评审的优秀学术期刊。

在线投稿平台

作者可以通过www.nrronline.org在线投稿。

所有的稿件都将通过该系统提交至NRR杂志电子投稿出版管理系统。

作者有不明确的问题，请访问szb@nrren.org或咨询+86 138 0499 8773。

投稿后，当论文已处于审稿或等待审稿状态时，2个月内请勿将稿件再投至他刊。

初次投稿：

投稿信:

应说明文章未一稿多投，全部作者是否对所投稿件内容知情同意，推荐2-3位小同行审稿人。

作者协议：

投稿时请注意作者协议，如同意后可继续完成投稿，投稿成功后作者已与杂志签定了文章的相关版权。

投稿后的同行评议

期刊投稿平台应用国际最大的投稿平台Editorial Manager，投到本刊的每篇稿件都要经过3-4位小同行审稿人评审，审稿方法为国际学科小同行组成双盲审稿。所有发表在杂志的文章都将经过严格的双盲同行层层评议，审稿中注重科学性、伦理学和文章真实性的严格审查。期刊将在投稿后4周内通知作者评审意见。

根据评审意见，编辑部决定稿件返修，再审，被接受或退稿。稿件被接受后，作者可经投稿平台以通讯作者账号随时查询稿件的出版进程。

材料方法

讨论

特邀稿件

对特邀综述稿件的要求：

（1）需提前向编委会提交写作大纲，通过选题后，文章需在2个月内完成。

（2）全文不超过6000个单词，包括摘要，不包括参考文献，图和表格，出版后8-10个版面。

（3）文章写作结构：

文题：不超过 90个字母，20个单词。

摘要：非结构式， 250单词。

引言：

主体内容：

总结：

作者贡献：

利益冲突：

参考文献：采用 Journal of Neuroscience格式。

特邀述评类文章：观点、点评、研究亮点、给编辑的信等。

特邀观点栏目文章要求：

（1）观点文章为作者对神经再生领域某一热点问题的评论，有作者鲜明的观点和作者本人

对此科研过程的认识和总结。

（2）需提前向编委会提交写作大纲，通过选题后，文章需在2个月内完成。

（3）全文2000- 3000单词，包括参考文献，不需要图和表格，不需要摘要，出版后2个版面。

（4）文章写作结构：

文题：不超过 90个字母，20个单词。

主体内容：

参考文献：不超过 5条，采用Journal of Neuroscience格式。

特邀点评与研究亮点栏目文章要求：

（1）点评文章为点评在本刊发表的文章，研究亮点文章为点评国际优秀杂志近期或在线提前发表的前沿性的优秀文章。

（2）需提前向编委会提交写作大纲，通过选题后，文章需在2个月内完成。

（3）全文2000- 3000单词，包括参考文献，不需要图和表格，不需要摘要，出版后2个版面。

（4）文章写作结构：

文题：不超过 90个字母，20个单词。

主体内容：

利益冲突：

参考文献：不超过 5条，采用Journal of Neuroscience格式。

给编辑的信栏目文章要求：

（1）给编辑的信文章为读者对本刊已发表文章的来信反馈。

（2）全文1000- 2000单词，不包括参考文献，文章不需要摘要、图和表格，出版后1个版面。

（4）文章写作结构：

文题：不超过 90个字母，20个单词。

主体内容：

利益冲突：

参考文献：不超过 5条，采用Journal of Neuroscience格式。