光响应的小分子探针调控蛋白功能的新方法

Light has high temporal and spatial resolution, providing a great tool to study dynamic biologic processes in vivo. For instance, the recently developed optogenetic method has revolutionized the research on neuroscience and signal transduction by using light-responsive proteins to modulate biologic functions. To overcome the limitation of current optogenetic method requiring gene engineering, the Chen research group is interested in developing small-molecule-based new optochemcal tools to control protein functions. This method will use the ligand-directed caging reactions to yield dysfunctional proteins, and later restore protein functions with high temporal and spatial precision using visible- or infrared-light-induced uncaging. We will develop the new method using carbonic anhydrase as model protein, and further study important signal transduction proteins such as G protein-coupled receptors. Such optochemical methods will complement current optogenetic method and provide new approach studying the complicated biologic processes.

光具有高度的时空分辨率，提供了原位研究动态生命过程的优秀工具。近年来发展的光遗传学创造性的使用光响应蛋白调控生物体功能，对于神经科学和信号传导研究产生了革命性的推动。申请人课题组致力于发展基于小分子的光化学工具，使用化学方法在精确时间和位置原位调控蛋白功能，可以克服光遗传学需要基因改造的局限。具体研究方法为使用配体引导的化学加笼方法产生无功能的蛋白，随后在需要的时间和位置使用可见或近红外光引发的解笼反应恢复蛋白功能，从而实现高时空分辨率的化学方法调控蛋白功能。本项目将以碳酸酐酶作为模型蛋白完善系统，最终致力于发展出能够原位研究G蛋白偶联受体等重要信号传导蛋白的新方法。以上光化学生物学方法的发展将会对复杂动态生命过程的研究提供全新的视角和高效的工具。

本项目致力于发展光响应的小分子探针调控蛋白功能的新方法，为此需要在可见光引发的生物相容反应及调控蛋白功能两个方面的研究取得进展，项目结题时两个方面均取得重要突破与进展。在可用于调控蛋白功能的生物相容反应方面，我们系统性的发展了多类新型的成键或断键反应，并系统研究了其生物大分子相容性及其对蛋白酶的生物活性影响，为实现光调控蛋白功能打下坚实基础。在光响应的小分子探针方面，我们创新性的发展了细胞裂解液中原位低浓度合成代谢型谷氨酸受体mGlu5抑制剂，从而实现了可见光响应的小分子探针用于调控蛋白功能。本项目资助工作在国际学术期刊发表10篇论文（其中6篇为JACS与ACIE），得到了国际同行的广泛关注与认可。