Оптогенетическая платформа RELISR позволяет контролировать активность белков и мРНК в живых клетках
Исследовательская группа KAIST под руководством профессора Вон До Хё разработала оптогенетическую платформу RELISR (REversible LIght-induced Store and Release), которая обеспечивает точный пространственно-временной контроль над хранением и высвобождением белков и мРНК в живых клетках и животных.
Традиционные оптогенетические системы конденсатов были ограничены из-за зависимости от неспецифичных мультивалентных взаимодействий, что могло приводить к непреднамеренной секвестрации или высвобождению эндогенных молекул. RELISR преодолевает эти ограничения, используя высокоспецифичные взаимодействия белок–белок (нанотело–антиген) и белок–РНК (MCP–MS2). Это позволяет селективно и обратимо компартментализировать целевые белки или мРНК внутри сконструированных безмембранных конденсатов.
В темноте RELISR стабильно удерживает целевые молекулы внутри конденсатов, физически изолируя их от клеточного окружения. При стимуляции синим светом конденсаты быстро растворяются, высвобождая запасённые белки или мРНК, которые немедленно восстанавливают свои клеточные функции или трансляционную активность. Это позволяет обратимо и быстро модулировать молекулярную активность в ответ на оптические сигналы.
Исследователи продемонстрировали, что RELISR обеспечивает временную и пространственную регуляцию активности белка и трансляции мРНК в различных типах клеток, включая культивируемые нейроны и ткань печени мыши. Сравнительные исследования показали, что RELISR обеспечивает более надёжный и обратимый контроль над трансляцией, чем предыдущие системы, основанные на пространственной транслокации. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
В то время как предыдущие оптогенетические системы, такие как LARIAT и mRNA-LARIAT, позволяли селективно захватывать белки или мРНК в безмембранные конденсаты в ответ на свет, они были в основном ограничены фазой улавливания.
Платформа RELISR, представленная в этом исследовании, устанавливает новую парадигму, позволяя как целенаправленное хранение белков и мРНК, так и их быстрое, запускаемое светом высвобождение. Этот подход позволяет исследователям не только по требованию ограничивать молекулярную функцию, но и восстанавливать активность с точным временным контролем.
Профессор Хё заявил: «RELISR — это универсальный оптогенетический инструмент, который позволяет точно контролировать функцию белка и мРНК в определённое время и в определённых местах в живых системах. Мы ожидаем, что эта платформа будет широко применима для исследований клеточной сигнализации, нейронных цепей и разработки терапевтических средств. Кроме того, комбинация RELISR с редактированием генома или тканеспецифичной доставкой может ещё больше расширить её полезность для молекулярной медицины».
Исследование было проведено ведущим автором доктором Чаён Ли под руководством профессора Хё, при участии доктора Дасоль Ю (со-корреспондирующий автор) и профессора ЁнгКуна Парка (со-корреспондирующий автор, кафедра физики), чья группа провела количественный анализ изображений биофизических изменений, вызванных RELISR в клетках.