LightOn:一种全新的光激活操控系统

【字体: www.ebiotrade.com 时间:2012年03月16日 来源:生物通

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  3月《Nature Methods》特别介绍了一位来自中国的青年科学家:华东理工大学药学院及国家生物反应器工程重点实验室特聘教授杨弋,杨弋教授早年毕业于清华大学,2006年回国受聘于华东理工大学。近期其研究组在Nature Methods上发表文章,成功开发出一种简单、稳定、容易使用的光调控基因表达系统。这项研究吸引了大家的关注,对此Nature Methods还特别介绍了杨弋教授,讲述了其中的背景故事。

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生物通报道:3月《Nature Methods》特别介绍了一位来自中国的青年科学家:华东理工大学药学院及国家生物反应器工程重点实验室特聘教授杨弋,杨弋教授早年毕业于清华大学,2006年回国受聘于华东理工大学。近期其研究组在Nature Methods上发表文章,成功开发出一种简单、稳定、容易使用的光调控基因表达系统。这项研究吸引了大家的关注,对此Nature Methods还特别介绍了杨弋教授,讲述了其中的背景故事。

上篇: Nature人物:华东理工杨弋

论文发表

在2011年,中国的兔年,杨弋和他的学生开始准备论文发表,这一时间对于杨弋来说具有特殊的意义,因为他就在上一个兔年:1999年离开祖国,赴美留学。杨弋用一种特殊的方式纪念兔年——蛋白二聚体,“我们画出了蛋白二聚体,它就像只兔子。”

除此之外,这一新系统的名字也具有额外的意义。“LightOn”系统模拟了另一常用的基因诱导系统:Tet-On(一种由四环素激活的系统)。与目前已有的光激活基因表达系统相比较,LightOn具有几方面的优点,除了可以在哺乳动物细胞和整体动物中,无需额外添加化学物质激活基因表达之外,LightOn还能利用一个正交于哺乳动物细胞信号途径的单外源蛋白,并且在光照射下能提高目标基因表达量200倍!而且光的波长,位置和时间长短还能调控基因表达的水平,以及将表达引导到目标器官。除此之外,这种二聚体能在几个小时内结构,因此研究人员能在同一小鼠中进行多项实验,减少实验动物的数量。

杨弋还指出使用这种系统的成本并不高,“我们在淘宝上买了所需的灯具和开关,自己组装。不用50美元就完成了光照明操控系统的安装设备”,这很简单,“在第一次实验的时候,我们都是业余的,因此这个实验在每个实验室中都能进行。”

重要意义

这种LightOn系统是由一种光调控的转录因子和含有目的基因的转录单元构成。在蓝光存在的情况下,转录因子能够迅速被激活,从而启动目的基因的转录与表达。该系统不仅具有诱导表达效率高、背景低、激活快、表达量可调节等普通诱导表达系统也具有的优点,而且能够在时间和空间上的精确、可逆地控制目标基因的表达水平。

研究组利用该系统在小鼠活体内进行实验,实现了红色荧光蛋白在小鼠肝脏的指定区域的光控表达。与此同时,他们还用光来控制胰岛素的表达与分泌,成功地将患有I型糖尿病小鼠的血糖降到较低水平。由于这些优点,该第三代基因表达系统将可使人类以前所未有的精度在调控目的基因的表达,进而控制各种生命活动,可为发育、神经生物学的复杂生物学问题解析提供有力研究工具,也为干细胞三维定向分化与人工器官构建、时间剂量可调的基因治疗等前沿医疗领域提供新的思路。(文章标题:Spatiotemporal control of gene expression by a light-switchable transgene system)

杨弋研究组近年来致力于利用化学生物学理念,发展可原位、实时、动态地控制与监测细胞内分子过程与新陈代谢的新方法。在前期的研究中,他们建立了针对二硫键、相邻巯基等蛋白质巯基氧化还原形式的荧光探针及原位与活细胞成像技术,并揭示了线粒体活性氧对这些巯基修饰形式中的重要调控作用,为心血管、炎症等疾病的机制研究提供了重要的工具。

之后他们还针对细胞代谢研究的技术瓶颈问题,发明了系列特异性检测核心代谢物NADH的基因编码荧光探针,实现了活细胞各亚细胞结构中对细胞代谢的动态检测与成像,不仅可为细胞、发育等基础研究提供创新方法,也为癌症和代谢类疾病的机制研究与创新药物发现提供了有力工具。

前期工作:

华东理工杨弋等PNAS文章获高评价

华东理工大学Cell子刊发布最新技术成果

(生物通:张迪)

原文首段:

The author file: Yi Yang

When Yi Yang was recruited back to China to build better bioreactors for making drugs and industrial chemicals, school officials asked him to look for unusual strategies. For biochemical engineering, standard tools to control cells in a bioreactor involve adding antibiotics and hormones. Yang's goal was to get away from such additives, which are difficult to calibrate and can pollute the environment.
 

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