中国学者Nature子刊发文：光基因工程模块化光开关——cpLOV2

　　

 

   

图像:cpLOV2的设计及其在光基因工程中的扩展应用

近日，合肥物理科学研究院强磁场实验室王俊峰教授与国际学者共同开发了一种新型的圆形置换光氧电压2 (LOV2)，以扩展基因编码光开关的功能库。这将加快新型光遗传器件的设计。研究结果发表在《自然化学生物学》杂志上。

LOV2域是一个蓝色光敏光开关。在典型的基于LOV2的光遗传器件中，一个效应域在LOV2的c端Jα螺旋后融合，通过空间位阻将效应域封闭在黑暗中。在光刺激下，光引发的Jα螺旋展开暴露了效应域以恢复其功能。制作一个基于lov2的可光开关蛋白通常需要巨大的工程努力来优化每个组件和其中的连接连接器。因此，我们希望通过创建新的模块来简化这些步骤来扩展现有的光遗传工具箱。

在这项研究中，研究人员使用循环排列设计了cpLOV2，这是一种强大的蛋白质工程方法，以前用于进化基因编码的荧光探针和生物催化剂的新变种。cpLOV2的氮(N)端和碳(C)端位于Jα螺旋的N端，旧的端由富含甘氨酸和丝氨酸的连接体连接。因此，除LOV2的c端外，效应子可以在cpLOV2的n端Jα之前融合。

利用高分辨率NMR等技术，研究人员证明了cpLOV2光诱导Jα解离的结构完整性和功能保持良好。cpLOV2在LOVTRAP和改进的光诱导二聚体(iLid)中也有很好的应用，两者都是基于LOV2的光学异源二聚体系。

cpLOV2为光遗传学的应用发展提供了更多的选择。研究人员通过将LOV2或cpLOV2与基质相互作用分子1中不同的Ca2+通道激活和自抑制片段融合，生成了一系列杂交体，并发现了几种基于cpLOV2的新型光致动器来为ORAI1 Ca2+通道设置门。因此，他们证明了cpLOV2可以提供新的笼子表面来克服野生型LOV2的限制。

对于需要一个自由的N端来执行其全部功能的效应器，cpLOV2是一个更好的选择。一个参与坏死的关键蛋白，混合系激酶结构域样(MLKL)蛋白，在cpLOV2-MLKL中成功捕获和非捕获，但没有在MLKL- lov2中成功捕获细胞自杀的光控制。

嵌合抗原受体(CAR) T细胞治疗已经成为一种很有前途的免疫治疗方法。然而，在治疗过程中不可控制的CAR - T细胞活性会导致严重的副作用，如某些患者出现细胞因子释放综合征。研究人员设计了基于cpLOV2的光学异质二聚系统(cpLID)，并构建了光可调谐分裂CAR (optoCAR)。治疗性的optoCAR - T细胞可以被CD19肿瘤抗原和蓝光特异性激活，然后增殖杀死CD19+ Raji淋巴瘤细胞。

在植入CD19+ Raji细胞的小鼠模型中，研究者使用上转换纳米粒(UCNPs)将高组织穿透性近红外光转化为蓝光，激活注入的optoCAR - T细胞，实现了对淋巴瘤的高效治疗。本研究中开发的OptoCAR T细胞能够时空和可逆地控制T细胞活性和细胞因子的产生。

这些令人鼓舞的结果表明，optoCAR - T细胞可以减轻潜在的副作用而不失去治疗效果。未来，他们计划尝试“光遗传免疫疗法”来治疗不同类型的癌症。

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