王友军课题组成果为心脑疾病的光遗传学治疗提供潜在工具 | Angew. Chem. Int. Ed. 论文推荐

这种光控“闸门” 调控兴奋型胞钙离子的进出的技术，为心脑血管疾病或神经系统疾病提供了新的治疗策略

期刊封面图

撰文 刘金豆

电压门控钙通道(voltage-gated calcium channel, VGCCsor Ca_V) 广泛分布在心脑血管及神经组织中，调控着一系列的生理过程如基因转录，神经递质和激素的释放、肌肉收缩等。该通道功能异常通常会引发心脑血管疾病和神、经系统紊乱。因此，Ca_V 通道及其所介导的钙离子信号是临床治疗上的重要靶点。近日，北京师范大学生科院王友军教授课题组与美国 Texas A&M University 医学院 Yubin Zhou教授实验室合作开发了一项新的技术，光控“闸门” 调控兴奋型胞钙离子的进出，继而调控细胞的生理活动，为心脑血管疾病或神经系统疾病提供了新的治疗策略。该项研究成果以封面文章发表在新一期的《德国应用化学》(Angewandte ChemieInternational Edition)。

 

电压门控钙通道(Ca_V)临床治疗上的重要靶点。靶向 Ca_V 通道的钙离子抑制剂在临床上已经使用了二三十年如第一代的硝苯地平片（Nifedipine），广泛应用于治疗心脑血管紊乱包括高血压，冠心病，心律失常等。但是，长期服用这些这些小分子药物也给病人带了一系列的毒副作用。

 

论文第一作者 Guolin Ma 博士和刘金豆通过基因工程技术，改造了 Ca_V 通道的负调控蛋白（RGK GTPase），同时引入光敏感蛋白，利用光照条件调控 Ca_V 通道的活性。通过大量的设计，改造，优化组合，他们终于在兴奋型细胞中搭建了光控“闸门”，即光照阻断钙离子的进入；光源移去后，钙离子顺利流入。这一基于光遗传学技术的平台被称为 optoRGK。与传统的钙离子抑制剂自身的抗药性，毒副作用以及没有靶向性相比，optoRGK 可以提供了精准的靶向，利用光照来替代传统药物，显示了极大的潜力。

光控“闸门” 调控兴奋型细胞的钙信号

a) OptoRGK对电压门控CaV通道的光控抑制，b) OptoRGK介导的对HL-1 心肌细胞中钙震荡的光控抑

 

RGK GTPases 作为 Ca_V 钙通的抑制蛋白，从基因治疗的角度在概念上已经证明可以应用于心脏疾病的治疗， 如心房颤动。研究者们下一步的计划 optoRGK 能够应用在心脏疾病的模型组织中。 另外， Ca_V 钙通道参与一系列生理或病理的过程，optoRGK 也为此提供了很好的平台研究 Ca_V 钙通道的机制和功能

相关论文信息

标题 Optogenetic Control of Voltage‐Gated Calcium Channels

期刊 Angewandte Chemie International Edition

作者 Dr. Guolin Ma  Jindou Liu  Yuepeng Ke  Xin Liu  Prof. Minyong Li  Prof. Fen Wang  Prof. Gang Han Prof. Yun Huang  Prof. Youjun Wang  Prof. Yubin Zhou

发表日期: 16 April 2018 

DOI https://doi.org/10.1002/anie.201713080

摘要 Voltage‐gated Ca2+ (Ca_V) channels mediate Ca2+ entry into excitable cells to regulate a myriad of cellular events following membrane depolarization. We report the engineering of RGK GTPases, a class of genetically encoded Ca_V channel modulators, to enable photo‐tunable modulation of Ca_V channel activity in excitable mammalian cells. This optogenetic tool (designated optoRGK) tailored for Ca_V channels could find broad applications in interrogating a wide range of Ca_V‐mediated physiological processes.

链接 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201713080

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