Methods in Enzymology：Optochemical Biology

作者：Alexander Deiters（编者）

索书号：Q55/M592/V. 624/2019/Y

ISBN: 978-0-12-817028-1

藏书地点：武大外教中心

利用光来控制基因的表达和蛋白质的活性是一个迅速扩展的领域。虽然许多方法是利用光激活蛋白和目标蛋白之间的融合来控制目标蛋白的活性，但也有可能通过解开特定的配体来控制蛋白质的活性。在这种背景下，通过解开其配体环芬- oh来控制与修饰雌激素受体(ERT)融合蛋白的激活已成为一种通用的、通用的方法，可以定量、快速和局部地在活的生物体中控制蛋白的激活。在这里，我们介绍了这种方法背后的实验细节。

蛋白质-蛋白质相互作用是一个高度动态的生物过程，调控着各种细胞反应。它们表现出高度的特异性和时空控制性，以有效利用细胞内有限的资源。光激活化学诱导二聚化(pCID)已成为科学界一项很有吸引力的技术，导致了使用不同波长的光激活系统的发展，以操纵生物学相关尺度上的分子特异性过程。这些系统可以被修改以控制各种蛋白质功能，具有前所未有的精度和时空分辨率。

SNAP-tag技术提供了一种方便的方法来组装导蛋白偶联物，用于体外、细胞培养和体内转录特异性RNA编辑。与其他方法(如CRISPR/ cas)相比，SNAP-tag体积小，表达良好，源自人类。除了位点定向RNA编辑，该方法在RNA靶向领域有很高的应用潜力。然而，必需的向导RNA的生成包括了一些基本的化学反应。在这里，作者提供了光控制RNA编辑反应的传导，光激活导子的生成，以及笼化苄基鸟嘌呤部分的合成的协议步骤，这些吸引人的方法能更广泛地应用于化学经验较少的研究人员。

笼型寡核苷酸(cMOs)是发育生物学中有用的研究工具，因为它们允许对整个有机体的基因表达进行时空调控。虽然cMOs通常由单一波长的光触发，但引入光谱不同的发色团可以实现多个基因的组合调控。。

钌(Ru)多吡啶复合物被认为是在一个或两个光敏配体上存在的化学活性基团，可用于工程光敏分子或材料。Ru -交联剂可以形成嵌入了蛋白质或其他生物分子的水凝胶。这样，蛋白质则可被“关在笼子里”，直到被光处理后才被释放出来。通过改变配体Ru-交联剂具有横跨可见光谱和近红外可调的单光子吸收最大值，这使光激活在多个不同波长(即复用)。

光遗传系统在调控分子生物过程方面具有无与伦比的精度，但需要使用专门的电气和光学硬件。为了使光遗传系统的工作更容易进行，本书描述了一个开源硬件平台，称为光板装置(LPA)。LPA是一种能够将两个独立的光信号从标准LED传输到24孔培养板孔的设备。。

在过去的十年中，光开关分子已经成为研究生物过程的一个有吸引力的工具，具有时空分辨率且以最小的侵入方式。建立在光敏蛋白或结构域上的光开关极大地促进了神经元和细胞的研究。为了增加对普通蛋白质的光敏性，并使调节具有高特异性，基于偶氮苯的光开关点击氨基酸(PSCaas)已被开发出来，最近通过遗传密码的扩展将其整合到蛋白质中。PSCaas可以靶向特定的蛋白质位点，具有较高的特异性，一般适用于各种蛋白质。此外，PSCaas包含一个click官能团，它选择性地与适当位置的半胱氨酸发生反应，在蛋白质原位上形成光可控桥，光可控桥使跨区域的二级结构和蛋白质功能的可逆调节成为可能。

Cre重组酶介导的DNA重组是一种建立条件调控基因表达动物模型的方法。其活性的调控已经完成，以通过目标基因的重组来赋予空间或时间上的调控。本书讨论了Cre重组酶在斑马鱼胚胎发育过程中的光学调控。这种方法利用了进化的氨基酰tRNA合成酶和tRNA对，它们可以将非自然氨基酸(UAA)结合到蛋白质中，以响应琥珀色终止密码子(TAG)。利用遗传密码扩展，将对Cre重组酶功能至关重要的赖氨酸残基替换为赖氨酸的光保护类似物，成功地阻止DNA重组，直到用405 nm光照射后才恢复。在斑马鱼胚胎中使用光学调控的Cre重组酶进行细胞谱系追踪实验，证明了针对不同发育时间点的小群体细胞进行重组的能力。光学控制的Cre重组酶无本底活性，在辐照下能被精确的激活，使其成为研究斑马鱼胚胎发育和疾病的一个有用的新工具。

《酶学研究方法：光子生物学》一书于2019年由ACADEMIC PRESS出版，作者是Alexander Deiters。

《酶学研究方法：光子生物学》一书中，专家研究人员介绍了光子的特性，光遗传学，以及其在蛋白活性调节、蛋白互作、RNA编辑等分子生物过程中的调节作用与应用，讨论的主题主要包括光对基因的表达和蛋白质的活性和结构的调控，SNAP-tag技术，笼型寡核苷酸(cMOs)以及笼状化合物，工程光敏分子或材料，光遗传系统在调控分子生物过程方面的应用，光开关分子，以及Cre重组酶介导的DNA重组。《酶学研究方法：光子生物学》一书从各个方面讲解了光在调控分子生物过程方面的应用，旨在为想要研究光子生物学或光遗传学的研究人员提供专业方法的介绍以及方法技术指导。

《酶学研究方法：光子生物学》一书作为分子生物学和遗传学专业研究读物，观点新颖独到，内容饱满详实、语言浅显易懂，除此之外，还包括一些其他的特点：

1、本书概述了光子生物学在基因遗传调控和蛋白结构、活性及互作方面的应用。包括对利用正交波长的光对基因标记蛋白的二聚化提供可逆控制的光遗传平台的介绍，介绍了在变性或自然条件下引入分子内交联剂的一般方法，波长选择性cMO设计和合成的一般原理和方法，描述了单光子和双光子激发的正交双色揭开的原理。此外，本书还描述了基于偶氮苯的光开关点击氨基酸（PSCaa）的设计和遗传编码方法。

2、每个部分都分为很多的小章节，每个章节都是由相关领域的专业人士所撰写，因此，本书讲解既详细又专业，我们能够从中了解到光子生物学用于遗传调控和蛋白活性的最新的研究技术方法以及最新的前沿进展。

总的说来，《酶学研究方法：光子生物学》一书为想要了解如何利用光子生物学方法研究遗传调控或蛋白活性的研究人员提供了清晰的导读路径，作为分子生物学和遗传学领域的一本前沿研究图书，是一本值得为想要涉足该领域的人员推荐的专业书籍。

本书目录：

撰稿者名单

前言

第1章光激活环芬对蛋白质活性和基因表达的光调控

Fatima Hamouri, Weiting Zhang, Isabelle Aujard, Thomas Le Saux, Bertrand Ducos, Sophie Vriz, Ludovic Jullien, David Bensimon

第2章蛋白质功能和定位的可逆性光遗传的调控

Daniel Z. Wu, Rachel M. Lackner, Chanat Aonbangkhen, Michael A. Lampson, David M. Chenoweth

第3章用SNAP-ADARs进行光触发RNA靶向的笼形向导RNA的生成协议

Alfred Hanswillemenke, Thorsten Stafforst

第4章波长选择性吗啉环寡核苷酸对基因功能的组合控制

Sankha Pattanayak, Luis Angel Vázquez-Maldonado, Alexander Deiters, James K. Chen

第5章聚寡核苷酸(多)环构象笼化的磷酸二酯光醚

Patricia Müller, Patrick Seyfried, Anton Frühauf, Alexander Heckel

第6章有光可裂解基团的蛋白质的化学修饰

Karthik Nadendla, Bhagyesh Sarode, Simon H. Friedman

第7章偶氮苯基交联剂的蛋白质分子内交联

Nobuo Yasuike, Huixin Lu, Peng Xia, G. Andrew Woolley

第8章钌交联水凝胶用于快速、可见光释放蛋白质

Teresa L. Rapp, Ivan J. Dmochowski

第9章不依赖于颜色，谷氨酸和GABA在单光子或双光子激发下的双色解开

Stefan Passlick, Graham C.R. Ellis-Davies

第10章 DIY光遗传学：构建、编程和光板装置的使用

Karl P. Gerhardt, Sebastian M. Castillo-Hair, Jeffrey J. Tabor

第11章光生物学和光遗传学的脉冲照明

Julia Dietler, Robert Stabel, Andreas Möglich

第12章基因编码光控的点击氨基酸可用于蛋白质构象和功能的常规光学调控

Christian Hoppmann, Lei Wang

第13章通过遗传密码扩展对斑马鱼胚胎Cre重组酶进行光激活

Wes Brown, Alexander Deiters

胡萌欣武汉大学生命科学学院博士