化學光遺傳

化學光遺傳（chemo-optogenetics）是將光化學生物學和光遺傳概念相融合，通過使用合理設計的光回響化學小分子調控遺傳修飾細胞的一種通用型技術，可以認為是“化學”版本的光遺傳學。

基本介紹

• 中文名：化學光遺傳
• 外文名：chemo-optogenetics 

分類

化學光遺傳主要涵蓋光回響的化學誘導的二聚化（photo-triggered chemically induced dimerization），即化學光遺傳二聚化調控（chemo-optogenetic dimerization），主要包含四種類型，光激活二聚化（ON型，paCID），光誘導去二聚化（OFF型，pcCID），光可逆二聚化（Switch ON/OFF型，psCID）和光激活雙二聚化型（MAC型，pdCID），這裡，化學誘導的二聚化又被稱為化學誘導的臨近。

1、化學光遺傳誘導的二聚化（ON）：通過光籠（photocage）分子遮蔽雙功能化學小分子中的一個結合部位，並在光激活後脫去，進而實現靶標二聚化，對應的是光激活的化學誘導二聚化分子（photoactivatable chemical inducer of dimerization, paCID）；

2、化學光遺傳調控的去二聚化（OFF）：光籠位於雙功能化學小分子的連線子部分，光照後連線子斷裂，繼而雙功能化學小分子斷開，實現靶標的去二聚化，對應的是光切斷的化學誘導二聚化分子（photocleavable chemical inducer of dimerization，pcCID）；

3、化學光遺傳調控的光開關（Switch ON/OFF）:在雙功能化學小分子的一個結合部位引入一個光籠禁止結合，同時在連線部分引入一個正交的光切斷連線子，使用不同波長的光照射後，可以實現靶標的二聚化與去二聚化，對應的是光可逆的化學誘導二聚化分子（photoswitchable chemical inducer of dimerization, psCID）；

4、化學光遺傳調控的多向控制（multidirectional activity control/MAC）:通過加入不同的化學光遺傳工具，根據親和力關係，實現對靶標的競爭結合，繼而實現細胞進程的多向控制，對應的是光激活化學誘導雙二聚化（photoactivatable dual chemically induced dimerization）。

5、納米抗體型化學光遺傳系統：即光激活的小分子偶聯納米抗體二聚化系統（photoactivatable nanobody conjugate inducers of dimerization/PANCIDs），是一種通過將偶聯納米抗體臨近誘導體系與化學光遺傳相融合，開發出的偶聯納米抗體型化學光遺傳系統。具有模組化、高親和力和可結合內源性蛋白等特點。

優勢

相較於另一種光調控細胞進程的方式——光遺傳學，化學光遺傳具有諸多特點和優勢：

1、動態範圍寬：光遺傳二聚化體系的結合力一般在μM級別，而化學光遺傳二聚化的結合力在nM級別，能夠誘導更強的二聚化過程，故而調控的動態範圍更寬；

2、可以兼容多色成像：光遺傳學的光回響蛋白的紫外吸收光譜寬泛，難以與很多螢光蛋白同時兼容，而化學光遺傳工具普遍使用405nm的雷射或者紫外光激活，可以同時兼容青色、綠色、黃色、橙色、紅色、深紅等顏色的螢光蛋白或者螢光標籤成像，多色成像兼容度高；

3、光激活時間更短：相較於光遺傳學調控通常需要持續光照才能發揮作用，化學光遺傳通常只需要一個瞬時光刺激就可以完成激活，有利於減少光毒性和光漂白；

4、不存在暗活性：由於光籠基團的保護，化學光遺傳系統只有在光激活之後才能發揮二聚化作用，因此沒有暗活性。

套用前景

化學光遺傳學技術作為一種前沿的化學生物學技術，是繼化學遺傳學和光遺傳學技術之後的又一個新發展，進一步豐富了針對生物體系的干擾技術，為研究複雜的生命過程提供了新的方式。