Onlangs, Prof. WANG Junfeng van het High Magnetic Field Laboratory van de Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS), samen met internationale wetenschappers, ontwikkelde een nieuwe circulaire gepermuteerde licht-zuurstof-voltage 2 (LOV2) om het repertoire van genetisch gecodeerde fotoschakelaars uit te breiden, die het ontwerp van nieuwe optogenetische apparaten zal versnellen. Het resultaat is gepubliceerd in Natuur Chemische Biologie .

LOV2-domein is een blauwe lichtgevoelige fotoschakelaar. In een typisch LOV2-gebaseerd optogenetisch apparaat, een effectordomein wordt gefuseerd na de C-terminale Jα-helix van LOV2, met de bedoeling de effector via sterische hindering in het donker te kooien. over fotostimulatie, door licht geactiveerde ontvouwing van de Jα-helix legt het effectordomein bloot om zijn functie te herstellen. Het maken van een op LOV2 gebaseerd fotoschakelbaar eiwit vereist vaak enorme technische inspanningen om elk onderdeel en de verbindende linker daartussen te optimaliseren. Daarom, het is wenselijk om de huidige optogenetische toolbox uit te breiden door nieuwe modules te creëren die deze stappen vereenvoudigen.

In dit onderzoek, de onderzoekers ontwierpen cpLOV2 met behulp van circulaire permutatie, een robuuste benadering van eiwitengineering die eerder werd gebruikt om nieuwe varianten van genetisch gecodeerde fluorescerende sondes en biokatalysatoren te ontwikkelen. De stikstof (N) en koolstof (C) uiteinden van cpLOV2 werden gecreëerd aan de N-terminus van Jα-helix, terwijl de oude werden verbonden door een glycine- en serine-rijke linker. Daarom, de effector zou kunnen worden gefuseerd vóór de N-terminale Jα van cpLOV2 naast de C-terminus in LOV2.

Met behulp van hoge resolutie NMR-spectroscopie en andere technieken, de onderzoekers toonden aan dat de structurele integriteit en functie van door licht geïnduceerde Jα-dissociatie van cpLOV2 goed behouden blijft. cpLOV2 werkte ook goed in LOVTRAP en verbeterde door licht geïnduceerde dimeer (iLid), beide zijn op LOV2 gebaseerde optische heterodimerisatiesystemen.

cpLOV2 bood meer keuzemogelijkheden voor optogenetische toepassingsontwikkelingen. De onderzoekers genereerden een reeks hybriden door LOV2 of cpLOV2 te fuseren met verschillende Ca ²⁺ kanaalactiverende en auto-inhibitiefragmenten afgeleid van stromale interactiemolecuul 1, en vond verschillende nieuwe op cpLOV2 gebaseerde optische actuatoren om ORAI1 Ca . te poorten ²⁺ kanaal, daarom toonden ze aan dat cpLOV2 zich nieuwe kooioppervlakken kon veroorloven om beperkingen die verband houden met wildtype LOV2 te overwinnen.

Omdat effectoren een vrij N-uiteinde nodig hadden om zijn volledige functie uit te voeren, cpLOV2 is een betere keuze. Een belangrijk eiwit dat betrokken is bij necroptose, mixed lineage kinase domain-like (MLKL) eiwit, was de succesvolle gekooide en ongekooide in cpLOV2-MLKL maar niet MLKL-LOV2 voor optische controle van celzelfmoord.

Chimere antigeenreceptor (CAR) T-celtherapie is naar voren gekomen als een veelbelovende immunotherapeutische benadering. Echter, de oncontroleerbare activiteit van CAR T-cellen tijdens de therapie zou ernstige bijwerkingen veroorzaken, b.v. cytokine-afgiftesyndroom bij sommige patiënten. Onderzoekers ontwierpen op cpLOV2 gebaseerde optische heterodimerisatiesystemen (cpLID), en geconstrueerde foto-afstembare split CAR (optoCAR). De therapeutische optoCAR T-cellen kunnen specifiek worden geactiveerd door CD19-tumorantigeen en blauw licht, en vervolgens vermenigvuldigen om CD19 te doden ⁺ Raji-lymfoomcellen.

In muismodel geïmplanteerd met CD19 ⁺ Raji-cellen, onderzoekers gebruikten upconversion-nanodeeltjes (UCNP's) om het nabij-infrarode licht met hoog weefselpenetratie om te zetten in blauw licht en de geïnjecteerde optoCAR T-cellen te activeren en bereikten een zeer effectieve therapie van lymfoomtumor. OptoCAR T-cellen die in deze studie zijn ontwikkeld, maken de spatiotemporele en omkeerbare controle van T-celactiviteiten en cytokineproductie mogelijk.

Deze bemoedigende resultaten suggereren dat optoCAR T-cellen mogelijke bijwerkingen kunnen verminderen zonder de therapeutische werkzaamheid te verliezen. In de toekomst, ze zijn van plan om optogenetische immunotherapie te proberen om verschillende soorten kanker te behandelen.