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踏出以藍光控制動物的信息傳導的第一步?

隱花色素(cryptochromes)是一群動植物皆有的藍光受器(blue-light photoreceptor)。目前已知與植物的生長發育以及生物時鐘有關,與昆蟲及哺乳動物的生物時鐘有關。不過,哺乳動物的隱花色素似乎並不受到藍光的驅動。

隱花色素的胺基端(N-terminus)序列與細菌的光修復酶(photolyase)有相似性,被稱為PHR domain;這個PHR domain可接受藍光的信號(1)。

擬南芥(Arabidopsis thaliana) 隱花色素1(cryptochrome 1, CRY1)
的PHR domain。圖片來源:維基百科
最近南韓的一個研究團隊,將擬南芥隱花色素2的PHR domain與Trk 受器(Trk是tropomyosin-related kinase,是一個受器酪氨酸激酶 receptor tyrosine kinase)接合,產生一個嵌合蛋白(chimeric protein),或者說混種的蛋白。

有趣的是,當研究團隊讓神經細胞株表現這個混種的蛋白時,再使用488奈米(488 nm)的藍光刺激細胞株,蛋白質便開始活化,進行信息傳導;重複照射幾次則會使蛋白質失去活性。如果照射的時間變長,則該細胞株開始長出神經突起(neurite),甚至在大鼠的神經細胞株中可以長出絲狀偽足(filopodia)(2)。

研究團隊也發現,因為光線可以只照射局部,所以當他們以藍光照射表現混種蛋白的部分神經元時,只有被照射的部分的混種蛋白活化並開始長出絲狀偽足。

研究團隊也觀察到,藍光照射大約五到十分鐘就產生反應,相較於以加入化學藥劑或是受體的配體(ligand)來觀察信息傳導來說,以光線刺激更快、更直接,而且還可以侷限在細胞的一部份作用。

未來這個應用,究竟能夠擴展到哪些部分還有待觀察;但筆者覺得有趣的是,研究團隊將植物蛋白的一部分與動物蛋白結合,產生的混種蛋白還可以有功用,真的是很酷。(筆者比較想要把藍光受器跟多巴胺受器結合,這樣心情不佳的時候,用藍光照一下就立刻心花朵朵~)

參考文獻:

1. Wikipedia. Cryptochrome.
2. 2014/7/3. New optogenetic tool for controlling neuronal signalling by blue light -- ScienceDaily

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