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光反应性化合物可以通过光控制蛋白质合成

2019-01-12 11:47:56 • 来源：

冈山大学的研究人员使用光响应性化合物控制蛋白质合成的时间和位置，该化合物是一种非活性关键分子，直到被短暂照射激活。在不同时间和位置产生蛋白质调节细胞功能，例如细胞发育和分化成特定细胞类型。对蛋白质合成进行时空控制的能力将有助于研究这些过程。现在，日本冈山大学医学生物工程系的Takashi Ohtsuki及其同事表明，他们可以使用光响应分子笼阻止蛋白质合成反应(见图)。短暂暴露于光从笼中释放关键蛋白质合成分子而不损害它们，因此蛋白质合成在照射的时间和位置发生。

光反应性化合物可以通过光控制蛋白质合成

在他们的研究中，研究人员使用了氨酰基转移RNA(aa-tRNA)，这种分子有助于解码信使RNA，从而可以进行蛋白质合成。以前的工作通过用硝基芳氧基羰基的分子笼保护aa-tRNA成功地抑制了蛋白质合成。然而，从笼中释放aa-tRNA所需的30分钟光照射造成损伤，然后抑制蛋白质的功能。

相反，Ohtsuki的团队使用(7-二乙基氨基香豆素-4-基)甲氧基羰基(DEACM)。虽然笼中的aa-tRNA稳定至少4小时，但照射仅20秒释放aa-tRNA。研究人员证实了笼养aa-tRNA在体外，凝胶，脂质体和哺乳动物细胞中的光控活性。

“这种时空光控转换方法为调查局部翻译和生物功能之间的关系提供了一种很有前景的方法，”研究人员在他们的工作报告中总结道。除了用于蛋白质合成研究的工具之外，该团队还建议它还可以用于以受控方式将人工氨基酸插入蛋白质中以供进一步研究。

什么是蛋白质?

蛋白质是包含特定氨基酸序列的生物分子。它们负责许多功能，包括代谢反应催化，DNA复制，对刺激的反应和分子运输。需要恒定的蛋白质生成来平衡蛋白质的降解和细胞分泌。

特定位置的蛋白质的合成在例如果蝇的发育中是重要的，其中卵中的oskar mRNA的定位决定了前 - 后轴。神经元功能还依赖于特定位置的蛋白质合成。

蛋白质是如何合成的?

蛋白质合成的常用模式使用转移RNA(tRNA)，信使RNA(mRNA)和核糖体以正确的顺序组装氨基酸链。tRNA的作用是将氨基酸与mRNA连接以帮助解码它。核糖体将氨酰基-tRNA(携带氨基酸的tRNA)与mRNA匹配，从而合成mRNA上编码的蛋白质。

光激活DEACM笼如何工作?

DEACM组保护aa-tRNA，使其不能与蛋白质合成所必需的分子相互作用。在暴露于光时，DEACM-aa-tRNA降解成释放aa-tRNA的单独组分。

研究人员通过面部笑脸照射含有绿色荧光蛋白mRNA和复合物的凝胶，证明了光响应性aa-tRNA的释放。直到用405nm(蓝色)光照射凝胶才观察到荧光，不久之后观察到模拟掩模形状的荧光。

除了在体外，凝胶和脂质体中显示光响应性蛋白质合成外，研究人员还在中国仓鼠卵巢细胞中插入了笼状aa-tRNA。在孵育5小时后，研究人员在受照射的细胞中观察到光依赖性合成的DsRed蛋白的荧光。

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