Optogenetica bioluminescente 2.0: sfruttare la bioluminescenza per attivare proteine fotosensoriali in vitro e in vivo

La bioluminescenza - luce emessa da un enzima luciferasi che ossida un substrato di una piccola molecola, una luciferina - è stata utilizzata in vitro e in vivo per attivare canali ionici e pompe light-gated nei neuroni. Mentre questo approccio di optogenetica bioluminescente (BL-OG) conferisce una componente chemiogenetica agli strumenti optogenetici, non è limitato all'uso nelle neuroscienze. Piuttosto, la bioluminescenza può essere sfruttata per attivare qualsiasi proteina fotosensoriale, consentendo così la manipolazione di una moltitudine di funzioni mediate dalla luce nelle cellule. Una varietà di coppie luciferasi-luciferina può essere abbinata a proteine fotosensoriali che richiedono diverse lunghezze d'onda di intensità della luce e della luce.

A seconda dell'applicazione specifica, è possibile ottenere un'efficiente erogazione della luce utilizzando proteine di fusione luciferasi-fotorecettore o semplicemente co-trasfezione. Le proteine fotosensoriali basate sulla dimerizzazione dipendente dalla luce o sui cambiamenti conformazionali possono essere guidate dalla bioluminescenza per influenzare i processi cellulari dalla localizzazione delle proteine, alla regolazione delle vie di segnalazione intracellulare alla trascrizione. Il protocollo seguente descrive in dettaglio l'esecuzione sperimentale dell'attivazione della bioluminescenza in cellule e organismi e descrive i risultati utilizzando ricombinasi e fattori di trascrizione guidati dalla bioluminescenza. Il protocollo fornisce agli sperimentatori le procedure di base per l'esecuzione di optogenetica bioluminescente in vitro e in vivo. Gli approcci descritti possono essere ulteriormente estesi e individualizzati a una moltitudine di diversi paradigmi sperimentali.