Bioluminescente optogenetica 2.0: Bioluminescentie benutten om fotosensorische eiwitten in vitro en in vivo te activeren

Bioluminescentie - licht uitgezonden door een luciferase-enzym dat een substraat van een klein molecuul, een luciferine, oxideert - is in vitro en in vivo gebruikt om licht-gated ionkanalen en pompen in neuronen te activeren. Hoewel deze bioluminescente optogenetica (BL-OG) benadering een chemogenetische component verleent aan optogenetische hulpmiddelen, is het niet beperkt tot gebruik in de neurowetenschappen. Integendeel, bioluminescentie kan worden gebruikt om elk fotosensorisch eiwit te activeren, waardoor de manipulatie van een groot aantal lichtgemedieerde functies in cellen mogelijk wordt. Een verscheidenheid aan luciferase-luciferineparen kan worden gematcht met fotosensorische eiwitten die verschillende golflengten van licht en lichtintensiteiten vereisen.

Afhankelijk van de specifieke toepassing kan een efficiënte lichtafgifte worden bereikt door luciferase-fotoreceptor fusie-eiwitten te gebruiken of door eenvoudige co-transfectie. Fotosensorische eiwitten op basis van lichtafhankelijke dimerisatie of conformatieveranderingen kunnen worden aangedreven door bioluminescentie om cellulaire processen te beïnvloeden van eiwitlokalisatie, regulatie van intracellulaire signaalroutes tot transcriptie. Het onderstaande protocol beschrijft de experimentele uitvoering van bioluminescentieactivatie in cellen en organismen en beschrijft de resultaten met behulp van bioluminescentie-gedreven recombinases en transcriptiefactoren. Het protocol biedt onderzoekers de basisprocedures voor het uitvoeren van bioluminescente optogenetica in vitro en in vivo. De beschreven benaderingen kunnen verder worden uitgebreid en geïndividualiseerd tot een veelheid van verschillende experimentele paradigma's.