Биолюминесцентная оптогенетика 2.0: использование биолюминесценции для активации фотосенсорных белков in vitro и in vivo

Биолюминесценция - свет, излучаемый ферментом люциферазы, окисляющим субстрат небольшой молекулы, люциферин - использовался in vitro и in vivo для активации световых ионных каналов и насосов в нейронах. Хотя этот биолюминесцентный подход к оптогенетике (BL-OG) наделяет хемогенетический компонент оптогенетическими инструментами, он не ограничивается использованием в нейробиологии. Скорее, биолюминесценция может быть использована для активации любого фотосенсорного белка, что позволяет манипулировать множеством светоопосредованных функций в клетках. Различные пары люцифераза-люциферин могут быть сопоставлены с фотосенсорными белками, требующими различных длин волн света и интенсивности света.

В зависимости от конкретного применения эффективная доставка света может быть достигнута с помощью белков слияния люциферазы и фоторецепторов или путем простой котрансфекции. Фотосенсорные белки, основанные на светозависимой димеризации или конформационных изменениях, могут быть обусловлены биолюминесценцией для воздействия на клеточные процессы от локализации белка, регуляции внутриклеточных сигнальных путей до транскрипции. В приведенном ниже протоколе подробно описывается экспериментальное выполнение активации биолюминесценции в клетках и организмах и описываются результаты с использованием рекомбиназ, управляемых биолюминесценцией, и факторов транскрипции. Протокол предоставляет исследователям основные процедуры для проведения биолюминесцентной оптогенетики in vitro и in vivo. Описанные подходы могут быть дополнительно расширены и индивидуализированы до множества различных экспериментальных парадигм.