光遗传学系统抑制细胞内膜囊泡运输

在整个细胞中，材料通过称为囊泡的微小包装连续传输。这个过程称为细胞内运输，对细胞的正常功能至关重要。控制囊泡等细胞内膜是一个看似不可能的命题，但基础科学研究所(IBS)认知与社会中心的研究人员创造了一种光遗传学过程，称为“光活化可逆抑制细胞内组装陷阱”膜“(IM-LARIAT)，允许观察和控制填充我们细胞的膜。

IBS团队设计了一种光诱导的细胞内“暂停按钮”，使两个蛋白质聚集体聚集在一起。随着强度和光长度的增加，结块变得更大，这抑制了膜的运动。第一个会众由3个组成部分组成：CIB1，一个抓住CRY2的吸引子; RFP，一种在光照下发出红光的标记物，以及Rab GTPase，一种与细胞内囊泡膜结合的蛋白质。第二个聚集体由两部分组成：YFP，一种在光照下发荧光的标记蛋白和CRY2，一种由光激活的光遗传增强蛋白，吸引蛋白CIB1以及其他CRY2。在这种情况下，当一个蓝灯当应用时，两种蛋白质彼此吸引，导致它们聚集在一起，就像金属屑被磁铁吸引一样。

为了制备蛋白质结合物，研究小组将他们的DNA转染到细胞中，用它来翻译每个细胞中的蛋白质。与Rab GTPase的结合物进入囊泡膜并固定在适当的位置，保持紧密。同时，含有CRY2 的另一种蛋白质缀合物在细胞内自由移动。当蓝光照射到细胞上时，CRY2被激活，向其附近的CIB1移动。由于有许多囊泡，每个囊泡附有几个Rab GTP酶，它们中的一些移动到相同的CRY2，导致它们聚集在一起。

囊泡的这种聚集导致细胞破裂，因为囊泡被阻止执行它们的常规功能。根据第一作者Mai Khanh Nguyen的说法，“这个过程”就像在细胞上按下暂停按钮一样。当灯关闭时，CIB1和CRY2不再相互吸引，并且囊泡在细胞内恢复正常工作。

该团队已经在寻找改进流程的方法。Mai表示，“在未来，我们计划将我们的工具与基因组编辑结合起来，我们将用它来特异性地将编码CIB1的序列插入到基因组中，使我们能够使用内源蛋白质对细胞内膜进行光遗传学控制.Nguyen计划应用IM- LARIAT技术可以控制突触小泡在神经元之间的传递和通信。她说：“这可能是学习更多疾病的一步，包括神经元无法与之交流的神经退行性疾病。 “弄清楚神经元如何沟通也可能是了解记忆如何形成和存储的一种方式。这项工作可以让人更好地了解像帕金森这样的疾病。”

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