《EMBO》：用光“遥控”癌细胞的行为

最近，奥地利科学技术研究所与维也纳医科大学肿瘤研究所的研究人员，用光来“遥控”癌细胞的行为，相关研究结果本周发表在国际顶尖学术刊物《The EMBO Journal》。这项研究首次将光遗传学的新领域应用于癌症研究。

　　

生物通报道：最近，奥地利科学技术研究所（简称IST）的助理教授Harald Janovjak，与维也纳医科大学肿瘤研究所的副教授Michael Grusch合作，用光来“遥控”癌细胞的行为，相关研究结果本周发表在国际顶尖学术刊物《The EMBO Journal》。这项研究首次将光遗传学的新领域应用于癌症研究。

为了了解细胞信号的动态，研究人员需要激活和失活细胞膜受体蛋白，该蛋白充当细胞外部和内部世界的继电器。理想的情况下，这种激活发生在较短的时间内（几秒到几分钟）和定向的位置上（微米到毫米）。然而，这样一种高精确度水平的激活，用当前的药理学和遗传学方法不能完成。光遗传学利用光控制细胞的活性，优点是，可在空间和时间上精确地应用和消除光。Janovjak、Grusch和同事们重新设计了受体酪氨酸激酶（RTKs），RTKs是基本的细胞表面受体，可在光的控制下检测生长因子和激素。

当一个信号分子与细胞表面的RTKs结合时，两个受体在一个称为二聚化的过程中，彼此结合在一起。这一过程可激活细胞中的信号。Janovjak、Grusch和同事们将哺乳动物RTKs激活细胞信号的那部分，与一个光-氧-电压-传感域（他们在黄绿色藻类中发现的一种可逆光传感器）连接在一起。在工程受体中，二聚化步骤和随后的细胞信号转导，现在可以通过光打开和关闭，因为藻类蛋白质可以感知光，并彼此结合在一起。在癌细胞中，该工程受体的激活，可导致细胞形态变化、增殖和基因表达和肿瘤恶性增加的特性。在血细胞中，激活会导致细胞出芽，是新血管形成的典型特征。

Janovjak和Grusch开发的光激活二聚化调控的RTKs，是第一个光激活的哺乳动物受体二聚化的例子。该工程受体可以通过显微镜很容易实现的光强度，在动物模型中进行精确控制。在癌症和血管内皮细胞中，新开发的受体会触发复杂的细胞程序。这些细胞代表新的模型，它们的行为受到光的控制，可以用作发现药物的新方法。在癌症中，不受控制的细胞信号激活会导致恶性肿瘤相关的特征，与之不同的是，信号转导的光激活可以提高细胞的存活率和退行性疾病的功能。

（生物通：王英）

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生物通推荐原文摘要：
Spatio-temporally precise activation of engineered receptor tyrosine kinases by light
Abstract: Receptor tyrosine kinases (RTKs) are a large family of cell surface receptors that sense growth factors and hormones and regulate a variety of cell behaviours in health and disease. Contactless activation of RTKs with spatial and temporal precision is currently not feasible. Here, we generated RTKs that are insensitive to endogenous ligands but can be selectively activated by low‐intensity blue light. We screened light‐oxygen‐voltage (LOV)‐sensing domains for their ability to activate RTKs by light‐activated dimerization. Incorporation of LOV domains found in aureochrome photoreceptors of stramenopiles resulted in robust activation of the fibroblast growth factor receptor 1 (FGFR1), epidermal growth factor receptor (EGFR) and rearranged during transfection (RET). In human cancer and endothelial cells, light induced cellular signalling with spatial and temporal precision. Furthermore, light faithfully mimicked complex mitogenic and morphogenic cell behaviour induced by growth factors. RTKs under optical control (Opto‐RTKs) provide a powerful optogenetic approach to actuate cellular signals and manipulate cell behaviour.