Een van de huidige uitdagingen in de biologie is om snel veranderende verschijnselen te begrijpen. interessant, slechts een klein deel daarvan is te wijten aan eiwitten die afzonderlijk werken, de meeste biologische gebeurtenissen worden gereguleerd door eiwitten die in clusters samenwerken. Onderzoekers van het Centrum voor Cognitie en Socialiteit, binnen het Instituut voor Basiswetenschappen (IBS), een nieuw instrument hebben ontwikkeld, genaamd "CRY2clust", om de vorming van eiwitclusters te activeren als reactie op blauw licht. Deze nieuwe techniek heeft een veel snellere respons en een hogere gevoeligheid voor licht dan bestaande methoden. Gepubliceerd in Natuurcommunicatie , deze nieuwe tool zou ons begrip van ontelbare moleculaire en cellulaire mechanismen kunnen vergroten.

CRY2clust is gebaseerd op een fotoreceptor-eiwit genaamd cryptochroom 2 (CRY2), afgeleid van de plant Arabidopsis thaliana. CRY2 bemiddelt de groei en ontwikkeling van planten, en meer specifiek, een deel van CRY2, bekend als CRY2 Fotolyase Homologie Regio (CRY2PHR), zorgt ervoor dat dit eiwit zich verzamelt als reactie op het blauwe deel van het zonlicht.

De kenmerken van CRY2PHR hebben al de aandacht getrokken van de wetenschappers, die er een hulpmiddel voor optogenetica van maakte, een innovatieve techniek op basis van biologie en optica die het mogelijk maakt biologische gebeurtenissen kunstmatig te controleren met laserlicht. Dankzij optogenetica, goed gedefinieerde mobiele activiteiten kunnen eenvoudig op specifieke locaties en tijden worden in- en uitgeschakeld. Bijvoorbeeld, eiwit van belang gebonden aan CRY2PHR komen samen in de aanwezigheid van blauw licht en vallen uiteen wanneer het licht wordt uitgeschakeld, resulterend in verschillende biologische effecten. Echter, wetenschappers hebben gemeld dat de efficiëntie van dit systeem dramatisch varieert, afhankelijk van het type doeleiwitten dat aan CRY2PHR is gebonden, het gebruik ervan beperken. Het IBS-team heeft geprobeerd het te verbeteren:"CRY2's 3D-structuur is nog niet gedefinieerd, dus we hebben verschillende strategieën geprobeerd om te begrijpen hoe het in cellen werkt en om het efficiënter te maken, " legt KIM Na Yeon uit, een promovendus in het team.

De nieuwe optogenetische tool ontwikkeld door IBS-onderzoekers, CRY2clust, bestaat uit CRY2PHR plus 9 aminozuurresiduen, die zijn ontworpen om de prestaties te maximaliseren. In vergelijking met andere CRY2-afgeleide optogenetische systemen, zoals CRY2olig, CRY2clust triggert snellere eiwitassociatie en dissociatie, als het licht aan en uit gaat, respectievelijk. Het is functioneel bij een lagere intensiteit van blauw licht (90 microwatt/mm2). Bovendien, omdat het zich niet ophoopt in nucleaire structuren, nucleaire spikkels genoemd, het kan nuttig zijn om nucleaire processen te bestuderen.

Het team heeft CRY2clust met succes toegepast op twee beschikbare optogenetische tools:OptoSTIM1 en Raf1. in 2015, hetzelfde IBS-onderzoekscentrum creëerde een lichtgestuurde regulator van calciumkanalen, OptoSTIM1, en gebruikte het om het muisgeheugen te verbeteren. In beide gevallen, het vervangen van CRY2PHR door CRY2clust verhoogde de snelheid en prestaties van de systemen.

"We hebben een nieuw dynamisch optogenetisch hulpmiddel gepresenteerd om eiwit homo-oligodimerisatie te bestuderen, dat is clusteren, die nuttig zou kunnen zijn voor de toolkit van de bioloog, " concludeert prof. HEO Won Do, de hoofdauteur van deze studie. Het team werkt nu aan de ontwikkeling van nieuwe optogenetische systemen voor gebruik in de neurowetenschappen.