分享一篇发表在ACS Central Science上的文章，标题为“Red-Light-Only Control of Protein–Protein Interactions Using a Cyanobacteriochrome (UNICYCL)”，通讯作者为来自多伦多大学的G. Andrew Woolley教授，他的主要研究方向是光遗传学和蛋白质工程。

光遗传学工具利用光线引起蛋白质-蛋白质结合或解离，然而，目前的光遗传工具大多使用蓝光。相较于蓝光，红光的穿透性更强、毒性更低。然而，目前支持红光控制的光遗传工具分子量较大，结构复杂，不利于病毒包装和体内应用。

在之前的研究中，作者利用体积较小的蓝藻色素（CBCR）的GAF结构域二聚体开发了一种由红光和绿光双波长控制的光遗传学工具。在这篇文章中，作者希望利用该系统开发一种仅由红光控制、且只需GAF单体发挥作用的光遗传学工具UNICYCL，扩展其应用场景。

CBCR GAF结构域NpF2164g6可由红光控制，在Pr和Pg两种状态中可逆转化，转化可在1分钟内完成，作者首先以NpF2164g6为靶标，通过噬菌体展示技术筛选其黑暗状态（Pr）特异性结合蛋白，并筛出了两个独立的克隆，经测序发现二者序列完全相同，并命名为BNp-Red-1.0。随后，作者以该序列为基础进行进一步的亲和力成熟筛选，得到了BNp-Red-1.1和BNp-Red-1.2突变体，其亲和力分别提高了26倍和30倍。

接下来，作者在磁珠表面附载NpF2164g6蛋白，在BNp-Red-1.2上连接mCherry荧光蛋白，成功在体外证明了NpF2164g6和BNp-Red-1.2可以在红光控制下可逆结合。随后，作者尝试使用该系统在CHO-K1细胞中控制基因的表达，作者将NpF2164g6在细胞中与单纯疱疹病毒衍生的转激活域VP16融合表达，而BNp-Red-1.2则与DNA结合蛋白融合，成功实现了红光控制的SEAP蛋白的表达。

之后，作者通过NMR技术和分子对接分析证明了BNp-Red-1.0结合在NpF2164g6的色素邻接区域，与色素的构象变化密切相关。红光照射时，会诱导色素异构化，引起Trp58等关键残基构象变化，导致结合蛋白解离。与现有红光控制的光遗传学工具相比，作者开发的NpF2164g6和BNp-Red系统体积较小，NpF2164g6分子量仅为17kDa，其结合蛋白分子量仅为6 kDa，具有更高的应用潜力。

总之，作者开发了一种基于蓝藻色素GAF结构域的小型红光调控系统UNICYCL，具有结构简单、红光单波长调控、适用于体外和细胞环境的特点。

本文作者：ZCL

责任编辑：LZ

DOI：10.1021/acscentsci.5c01848

原文链接：https://doi.org/10.1021/acscentsci.5c01848