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        科學(xué)家利用光來(lái)控制細(xì)胞的邏輯網(wǎng)絡(luò)
        
			
        
				2019-01-07 10:18:59
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			  來(lái)源：
			
        
		
        
				
		
        
			
        蛋白質(zhì)是生命的主力分子。在他們的許多工作中，他們攜帶氧氣，構(gòu)建組織，為下一代復(fù)制DNA，并協(xié)調(diào)細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞之間的事件?，F(xiàn)在北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分校的科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種控制活細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的方法，只需輕輕一按開(kāi)關(guān)即可，為研究人員提供了一種前所未有的工具，可以使用最簡(jiǎn)單的工具來(lái)確定疾病的起因：光。
        

        科學(xué)家利用光來(lái)控制細(xì)胞的邏輯網(wǎng)絡(luò)
        

        由Klaus Hahn和Nikolay Dokholyan領(lǐng)導(dǎo)并由Onur Dagliyan(他們實(shí)驗(yàn)室的研究生)帶頭的工作建立在稱(chēng)為光遺傳學(xué)的突破性技術(shù)的基礎(chǔ)上。該技術(shù)是在21世紀(jì)初開(kāi)發(fā)的，它首次允許科學(xué)家使用光來(lái)激活和停用可以使腦細(xì)胞開(kāi)啟和關(guān)閉的蛋白質(zhì)，從而改善個(gè)體大腦回路的作用以及它們與不同方面的關(guān)系。行為和個(gè)性。
        

        但該技術(shù)有其局限性。只有少數(shù)蛋白質(zhì)可以被光控制; 它們放在通常不存在的細(xì)胞的一部分; 他們經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，失去了原有的檢測(cè)和響應(yīng)環(huán)境的能力。
        

        最近在“ 科學(xué)”雜志上發(fā)表的新作品中，Hahn，Dokholyan和Dagliyan擴(kuò)大了光遺傳學(xué)，以控制各種蛋白質(zhì)而不改變其功能，允許光控蛋白質(zhì)進(jìn)行日?，嵤隆５鞍踪|(zhì)幾乎可以在細(xì)胞的任何地方打開(kāi)，使研究人員能夠看到蛋白質(zhì)如何根據(jù)它們打開(kāi)和關(guān)閉的位置完成不同的工作。
        

        “我們可以采用完整的，完整的蛋白質(zhì)，就像大自然制造它一樣，并將這個(gè)小旋鈕放在上面，這樣我們就可以用光來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉它，”Hahn，Thurman藥理學(xué)杰出教授和UNC Lineberger綜合癌癥中心會(huì)員。“這就像一個(gè)開(kāi)關(guān)。”
        

        Hahn，Dokholyan及其同事開(kāi)發(fā)的開(kāi)關(guān)功能多樣且快速 - 它們可以在切換光線時(shí)盡可能快地打開(kāi)或關(guān)閉蛋白質(zhì)。通過(guò)改變光的強(qiáng)度，它們還可以控制蛋白質(zhì)被激活或失活的程度。通過(guò)控制照射的時(shí)間，他們可以精確控制蛋白質(zhì)在細(xì)胞中不同點(diǎn)的活化時(shí)間。
        

        “細(xì)胞行為的很多方面取決于蛋白質(zhì)活性的短暫，快速變化，”哈恩說(shuō)。“但這些變化必須發(fā)生在確切的位置。如果細(xì)胞在不同的地方活躍，相同的蛋白質(zhì)會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞做不同的事情，在細(xì)胞的不同部分建立靈活的邏輯網(wǎng)絡(luò)，這取決于它所響應(yīng)的內(nèi)容。”
        

        為了取得突破，Hahn和Dagliyan使用計(jì)算方法確定蛋白質(zhì)的哪些部分可以在不改變蛋白質(zhì)正常操作的情況下進(jìn)行修飾，并且表明通常在蛋白質(zhì)表面上發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)環(huán)可以通過(guò)不同的“旋鈕”輕易修飾用光來(lái)控制蛋白質(zhì)，甚至對(duì)藥物有反應(yīng)。
        

        想象一下，將攝像機(jī)固定在公共汽車(chē)上; 將它放在油門(mén)踏板上會(huì)阻礙其功能，因此總線無(wú)法正常行駛。但把它放在引擎蓋上，公共汽車(chē)將繼續(xù)開(kāi)得很好。新的計(jì)算方法將研究人員指向每個(gè)蛋白質(zhì)的引擎蓋。
        

        由于這些工具保持了天然蛋白質(zhì)功能的完整性，這項(xiàng)新技術(shù)使科學(xué)家們能夠在生命系統(tǒng)中研究蛋白質(zhì)，而蛋白質(zhì)通常以其自然復(fù)雜的方式生存和工作。這種在生命系統(tǒng)中操縱蛋白質(zhì)的能力也提供了研究多種疾病的機(jī)會(huì)，這些疾病通常由單一蛋白質(zhì)的功能障礙引起。
        

        “為了理解發(fā)生了什么，你需要看到部件四處移動(dòng)，”哈恩說(shuō)。“這是你需要知道的動(dòng)態(tài)行為才能理解正在發(fā)生的事情。”
        
			

			
          
        
			
        
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