CRY2clust основан на фоторецепторном белке под названием криптохром 2 (CRY2), полученном из растения Arabidopsis thaliana. CRY2 опосредует рост и развитие растений, а более конкретно, часть CRY2, известная как область гомологии фотолиазы CRY2 (CRY2PHR), заставляет этот белок собираться в ответ на синюю часть солнечного света.Возможности CRY2PHR уже привлекли внимание ученых, которые превратили его в инструмент оптогенетики, инновационный метод, основанный на биологии и оптике, который позволяет искусственно управлять биологическими событиями с помощью лазерного света. Благодаря оптогенетике четко определенные клеточные активности можно легко включать и выключать в определенном месте и в определенное время.
Например, интересующий белок, связанный с CRY2PHR, объединяется в присутствии синего света и разбирается, когда свет выключается, что приводит к различным биологическим эффектам. Однако ученые сообщают, что эффективность этих систем сильно варьируется в зависимости от типа целевых белков, связанных с CRY2PHR, что ограничивает его использование.
Команда IBS стремилась улучшить его: «Трехмерная структура CRY2 еще не определена, поэтому мы пробовали разные стратегии, чтобы понять, как она работает внутри клеток, и сделать ее более эффективной», — объясняет КИМ На Ён, аспирантка в команда.Новый оптогенетический инструмент CRY2clust, разработанный исследователями IBS, состоит из CRY2PHR плюс 9 аминокислотных остатков, которые были разработаны для максимального повышения его эффективности.
По сравнению с другими оптогенетическими системами на основе CRY2, такими как CRY2olig, CRY2clust вызывает более быструю ассоциацию и диссоциацию белков при включении и выключении света соответственно. Работает при более низкой интенсивности синего света (90 микроватт / мм2). Более того, поскольку он не накапливается в ядерных структурах, называемых ядерными спеклами, может быть полезно изучить ядерные процессы.
Команда успешно применила CRY2clust к двум доступным оптогенетическим инструментам: OptoSTIM1 и Raf1. В 2015 году тот же исследовательский центр IBS создал регулируемый светом регулятор кальциевых каналов OptoSTIM1 и использовал его для улучшения памяти мыши. В обоих случаях замена CRY2PHR на CRY2clust увеличила скорость и производительность систем.«Мы представили новый динамический оптогенетический инструмент для изучения гомоолигодимеризации белков, то есть кластеризации, который может быть полезен для инструментария биолога», — заключает профессор Хео Вон До, ведущий автор этого исследования.
В настоящее время команда работает над разработкой новых оптогенетических систем для использования в нейробиологии.