合成生物學(xué)：細(xì)胞間通訊的光遺傳法檢測

基因表達的時間控制對細(xì)胞功能和命運起到至關(guān)重要的作用，一些基因，如Notch效應(yīng)子基因Hes1，就表現(xiàn)出了快速的mRNA合成后又基于負(fù)反饋信號后而降解的基因表達振蕩模式?？茖W(xué)家利用光遺傳方法創(chuàng)造出具有快速時空精度的人工振蕩模式，并利用生物發(fā)光或熒光報告基因在單細(xì)胞水平進行振蕩探測。然而，科學(xué)家目前尚不清楚這種震蕩信息是否可以傳遞給相鄰細(xì)胞。
Isomura等（Genes Dev，2017）研發(fā)出一種聯(lián)合光遺傳學(xué)和生物發(fā)光的方法來研究這種震蕩信息是否能在細(xì)胞間進行傳遞。在光敏的信號發(fā)送細(xì)胞里，他們利用由光氧電壓（LOV）結(jié)構(gòu)域蛋白Vivid（VVD）組成的經(jīng)修飾的光激活操控GAVPO系統(tǒng)，在藍(lán)光照射下，與p65轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域一起組成一個活性同質(zhì)二聚體。該復(fù)雜結(jié)構(gòu)通過與上游的激活序列進行結(jié)合，驅(qū)動了Notch效應(yīng)子配體δ的短暫表達，δ與相鄰光敏細(xì)胞上的Notch受體相互作用，該光敏細(xì)胞包含了一個不穩(wěn)定的生物發(fā)光Hes1報告基因及其振蕩器回路。對GAVPO表達細(xì)胞周期性的藍(lán)光照射，基于照射的時長，會在臨近細(xì)胞里生產(chǎn)出Hes1震蕩現(xiàn)象。
總體而言，這種光遺傳生物發(fā)光系統(tǒng)能夠以時空分辨率檢測細(xì)胞間的通訊。