den 31 januari 2025
Nya ljusstyrda kemiska verktyg kontrollerar processer i levande celler
En forskargrupp vid Umeå universitet har utvecklat nya avancerade ljusstyrda verktyg som möjliggör exakt kontroll av proteiner i realtid i levande celler. Denna banbrytande forskning öppnar dörrar till nya metoder för att studera komplexa processer i celler och kan bana väg för betydande framsteg inom medicin och syntetisk biologi.
– Cellulära processer är komplexa och förändras ständigt beroende på när och var i cellen de sker. Vårt nya kemiska verktyg med ljusströmbrytare kommer att göra det lättare att kontrollera processer i cellen och studera hur celler fungerar i realtid. Vi kan också bestämma var vi gör en sådan reglering med en upplösning på mikrometer inom en cell eller vävnad, säger Yaowen Wu, professor vid Kemiska institutionen vid Umeå universitet.
Den intrikata koreografin av vad som sker i en cell bygger på den exakta fördelningen och interaktionen av proteiner över tid och rum. Att kontrollera protein- eller genfunktion är en hörnsten i modern biologisk forskning. Men traditionella genetiska tekniker, såsom Crispr-Cas9, fungerar ofta på en längre tidsskala vilket riskerar att leda till att cellerna anpassar sig. Dessutom saknar teknikerna den rumsliga och tidsmässiga precision som krävs för att studera mycket dynamiska cellulära processer.
För att möta dessa utmaningar har så kallade kemo-optogenetiska system dykt upp som kraftfulla verktyg.
Dessa system kombinerar kemiska molekyler, optik och genetiskt modifierade proteiner för exakt kontroll av proteinaktiviteter på specifika platser i celler med hjälp av ljuskänsliga små molekyler. Professor Yaowen Wu’s lab ligger i framkant när det gäller att utveckla kemo-optogenetiska system.
Tidigare introducerade Yaowen Wu’s lab system baserade på ett slags molekylära lim. Dessa fungerar genom att föra två proteiner nära varandra för att ändra lokalisering eller aktivitet hos ett protein. De molekylära limmen aktiveras eller deaktiveras av ljus genom att en ljuskänslig grupp avlägsnas eller klyvs. Även om dessa verktyg innebar betydande framsteg hade de begränsningar i användning samt otillräcklig foto- och kemisk stabilitet.
I två nya publikationer som valts ut som hot paper i tidskriften Angewandte Chemie International Edition och Chemistry – A European Journal, har forskare i Wu-labbet tagit fram nästa generations kemo-optogenetiska verktyg baserad på fotoväxlingsbara molekylära lim. Dessa förbättrar tidigare system och övervinner begränsningarna.
Genom den ändrade molekylära designen kan dessa molekylära lim likt en ljusströmbrytare slås "på" eller "av" med hjälp av ljus med specifika våglängder, vilket möjliggör flera aktiveringscykler där de två olika tillstånden antingen främjar eller hämmar att proteiners funktion.
– Den nya modulära designen möjliggör enorm mångsidighet av systemet med anpassningsbara egenskaper och mer stabilitet, säger Jun Zhang, staff scientist på Kemiska institutionen vid Umeå universitet.
– I våra experiment kunde vi visa på en exakt kontroll över flera processer i cellen, däribland proteinfunktion och -lokalisering, organellpositionering och proteinnivåer, säger Laura Herzog, postdoktor på Kemiska institutionen vid Umeå universitet.
Vetenskapliga artiklar
- Jun Zhang, Laura K. Herzog, Dale P. Corkery, Tzu-Chen Lin, Laura Klewer, Xi Chen, Xiaoyi Xin, Yaozong Li, Yao-Wen Wu: Modular Photoswitchable Molecular Glues for Chemo-optogenetic Control of Protein Function in Living Cells, Angewandte Chemie International Edition, 2025, e202416456.https://doi.org/10.1002/anie.202416456
- Jun Zhang, Laura K. Herzog, Shuang Li, Xi Chen, Yao-Wen Wu: Visible-light-switchable Molecular Glues for Reversible Control of Protein Function, Chemistry – A European Journal, 2025, e202403808.https://doi.org/10.1002/chem.202403808
Källa: Umeå universitet.
Annonser
