Bioluminescerande optogenetik 2.0: Utnyttja bioluminescens för att aktivera fotosensoriska proteiner in vitro och in vivo

Bioluminescens - ljus som emitteras av ett luciferasenzym som oxiderar ett litet molekylsubstrat, ett luciferin - har använts in vitro och in vivo för att aktivera ljusgrindade jonkanaler och pumpar i neuroner. Medan denna bioluminescerande optogenetik (BL-OG) tillvägagångssätt ger en kemogenetisk komponent till optogenetiska verktyg, är det inte begränsat till användning inom neurovetenskap. Snarare kan bioluminescens utnyttjas för att aktivera vilket fotosensoriskt protein som helst, vilket möjliggör manipulation av en mängd ljusmedierade funktioner i celler. En mängd olika luciferas-luciferinpar kan matchas med fotosensoriska proteiner som kräver olika våglängder av ljus och ljusintensiteter.

Beroende på den specifika applikationen kan effektiv ljusleverans uppnås genom att använda luciferas-fotoreceptorfusionsproteiner eller genom enkel samtransfektion. Fotosensoriska proteiner baserade på ljusberoende dimerisering eller konformationsförändringar kan drivas av bioluminescens för att påverka cellulära processer från proteinlokalisering, reglering av intracellulära signalvägar till transkription. Protokollet nedan beskriver det experimentella utförandet av bioluminescensaktivering i celler och organismer och beskriver resultaten med användning av bioluminescensdrivna rekombinaser och transkriptionsfaktorer. Protokollet ger prövare de grundläggande förfarandena för att utföra bioluminescerande optogenetik in vitro och in vivo. De beskrivna tillvägagångssätten kan utvidgas ytterligare och individualiseras till en mängd olika experimentella paradigmer.