Optical control of membrane tethering and interorganellar communication at nanoscales.
Optical control of membrane tethering and interorganellar communication at nanoscales.
复制标题
纳米尺度膜束缚和细胞间通讯的光学控制
DOI：
10.1039/c7sc01115f
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发表时间：
2017-08-01
期刊：
影响因子：
8.4
通讯作者：
Huang Y
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
He L;Jing J;Zhu L;Tan P;Ma G;Zhang Q;Nguyen NT;Wang J;Zhou Y;Huang Y
一种光控膜系链，用于控制蛋白质亚细胞定位并在纳米尺度上操纵细胞器间接触位点。内质网（ER）在真核生物中形成广泛的细胞内膜网络，通过膜接触位点（MCS）与不同的亚细胞区室（例如质膜（PM））动态连接和通信，膜间隙间隔10-40 nm。磷酸肌醇 (PI) 是许多 MCS 共有的一类重要的细胞膜磷脂，可调节多种细胞事件，包括膜运输、钙稳态和脂质代谢。通过将光敏性安装到一系列最小尺寸的工程 PI 结合域中，我们创建了一个光遗传学工具包（指定为“OptoPB”），以实现对 MCS 中蛋白质易位和膜间束缚的快速、可逆控制。这些基因编码的单组分工具可用作移植脂质结合域的支架，以剖析控制活细胞中蛋白质-脂质相互作用的分子决定因素。此外，我们还证明了使用 OptoPB 作为多功能融合标签来光操纵蛋白质向 PM 易位，从而重新编程 PI 代谢。当通过插入柔性间隔物连接到 ER 膜时，OptoPB 可用于可逆地光调谐 MCS 两个细胞器膜之间的纳米级间隙距离，并测量蛋白质复合物自由扩散到 MCS 中的距离要求。我们的模块化光学工具将在对细胞信号传导至关重要的蛋白质亚细胞定位和细胞间接触位点的非侵入性和远程控制方面找到广泛的应用。
A light-controllable membrane tether to control protein subcellular localization and manipulate interorganellar contact sites at nanoscales. Endoplasmic reticulum (ER) forms an extensive intracellular membranous network in eukaryotes that dynamically connects and communicates with diverse subcellular compartments such as plasma membrane (PM) through membrane contact sites (MCSs), with the inter-membrane gaps separated by a distance of 10–40 nm. Phosphoinositides (PI) constitute an important class of cell membrane phospholipids shared by many MCSs to regulate a myriad of cellular events, including membrane trafficking, calcium homeostasis and lipid metabolism. By installing photosensitivity into a series of engineered PI-binding domains with minimal sizes, we have created an optogenetic toolkit (designated as ‘OptoPB’) to enable rapid and reversible control of protein translocation and inter-membrane tethering at MCSs. These genetically-encoded, single-component tools can be used as scaffolds for grafting lipid-binding domains to dissect molecular determinants that govern protein–lipid interactions in living cells. Furthermore, we have demonstrated the use of OptoPB as a versatile fusion tag to photomanipulate protein translocation toward PM for reprogramming of PI metabolism. When tethered to the ER membrane with the insertion of flexible spacers, OptoPB can be applied to reversibly photo-tune the gap distances at nanometer scales between the two organellar membranes at MCSs, and to gauge the distance requirement for the free diffusion of protein complexes into MCSs. Our modular optical tools will find broad applications in non-invasive and remote control of protein subcellular localization and interorganellar contact sites that are critical for cell signaling.
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影响因子：
64.5
作者：
Park CY;Hoover PJ;Mullins FM;Bachhawat P;Covington ED;Raunser S;Walz T;Garcia KC;Dolmetsch RE;Lewis RS
通讯作者：
Lewis RS
影响因子：
5.5
作者：
Balla, Tamas
通讯作者：
Balla, Tamas
影响因子：
64.5
作者：
McBride, HM;Rybin, V;Zerial, M
通讯作者：
Zerial, M
DOI：
10.1126/science.aab1370
发表时间：
2015-07-24
期刊：
Science (New York, N.Y.)
影响因子：
--
作者：
Chung J;Torta F;Masai K;Lucast L;Czapla H;Tanner LB;Narayanaswamy P;Wenk MR;Nakatsu F;De Camilli P
通讯作者：
De Camilli P
影响因子：
4.8
作者：
Bird, Gary S.;DeHaven, Wayne I.;Smyth, Jeremy T.;Putney, James W., Jr.
通讯作者：
Putney, James W., Jr.