微型光酶通过脱硼羟基化作用实现细胞器特异性调控

基因编码的微型光酶miniSOG通过蓝光激活产生超氧阴离子，实现27种硼化物在活细胞中的亚细胞定位特异性脱硼羟基化，应用于线粒体能量代谢调控和核m?A修饰增强自噬。

　　

摘要

人工光酶在体外生物催化方面具有巨大的潜力，但将其应用于活细胞环境时需要尽量减少对细胞的干扰，并确保其能在有氧条件下正常工作。在这里，我们介绍了一种名为miniSOG的微型光酶，其分子量为12 kDa。在蓝光照射下，miniSOG能够通过生成超氧阴离子（O₂^•?）来实现生物正交的去硼羟基化反应。利用黄素类化合物的光化学特性，miniSOG能够通过统一的O₂^•?介导机制激活27种结构不同的有机硼酸盐，包括芳基/烷基硼酸盐、荧光染料、抗癌药物以及表观遗传调控因子。该系统能够在活细胞中实现精确的空间和时间控制下的光催化反应：由于miniSOG体积小且能够定位到细胞器内部，加上超氧阴离子（O₂^•?的扩散范围有限（约0.2 μm），因此可以实现针对特定细胞器的局部反应。我们展示了miniSOG在细胞调控中的应用：i) 通过局部释放2,4-二硝基苯酚（DNP）导致线粒体去极化，从而干扰能量代谢；ii) 增强核m⁶A的甲基化，从而表观遗传地上调自噬作用。通过将miniSOG的光化学性质重新用于生物正交的去硼羟基化反应，这项工作建立了一个多功能、基因编码的平台，可以以最小的脱靶效应来操控细胞的基本生理过程。

图形摘要

基因编码的微型光酶miniSOG（12 kDa）能够在活细胞中通过局部生成超氧阴离子（O₂^•?），实现对27种不同有机硼酸盐的精确时空控制下的生物正交去硼羟基化反应。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。