博文
“嘎嘣脆”受体 - 可被单线态氧分子永久性激活的G蛋白偶联受体
|
“嘎嘣脆”受体 - 可被单线态氧分子永久性激活的G蛋白偶联受体
我们的系列研究发现，光动力作用可以永久性激活胆囊收缩素1型受体(cholecystokinin type 1 receptors, CCK1R) (Cui, Kanno, 1997; An et al., 2003; Jiang et al., 2018a)。
CCK1型受体是一个典型的A类G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor, GPCR)。因为CCK1型受体被II型光动力作用的激活，主要是单线态氧的光氧化反应，我们将CCK1型受体命名为可被单线氧分子激活的G蛋白偶联受体 – GPCR Activated by Singlet Oxygen，缩写为GPCR-ABSO，中文谐音为嘎嘣脆受体(Jiang et al., 2018a)。
早期本人在人类前沿科学计划(Human Frontiers Science Program - HFSP, Strasbourg, France - http://www.hfsp.org/)的支持下，与北海道大学菅野福夫教授实验室合作，研究了在新鲜分离的大鼠胰腺腺泡，磺酸化铝络酞菁(sulphonated aluminium phthalocyanine, SALPC, Cat. No. AlPcS-834, 见http://www.frontiersci.com)等光敏剂的光动力作用，对胞浆钙离子浓度的影响。发现新鲜分离的大鼠胰腺腺泡与SALPC孵育(10 min)后光照(1 min)，触发腺泡细胞胞浆持续性胞浆钙振荡(Cui, Kanno, 1997)。
尽管SALPC光动力作用可发动胰腺腺泡的持续性胞浆钙振荡，但是作用位点是什么，当时并没有予以确认。实验室安玉苹同学的进一步研究，系统论证了SALPC光动力效应的作用位点，是新鲜分离的大鼠胰腺腺泡细胞表面的CCK1型受体(An et al., 2003)。也就是说，SALPC光动力作用，通过II型光动力作用在细胞质膜处所产生的单线态氧分子，永久性氧化激活CCK1型受体，从而触发持续性胞浆钙振荡。这一特性在本人实验室系统筛查的十几种G蛋白偶联受体中，是绝无仅有的。因而我们在近期发表的论文中，将这种可被单线态氧分子激活的G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor activated by singlet oxygen, GPCR-ABSO)，或”gapakrebso” ，根据其中文谐音，称为“嘎嘣脆”受体(Jiang et al., 2018a)。我们发现其它G蛋白偶联受体，都不能被单线态氧分子所永久性氧化激活。
在实验室早期的工作中，细胞质膜处的单线态氧分子，是通过SALPC的短暂孵育所界定的。因为SALPC分子外周边沿含有四个磺酸根，与细胞短暂孵育后不易穿透质膜进入细胞。因而单线态氧分子的发生，被界定到腺泡细胞的基底部质膜。而在生理性光动力作用强度，细胞质膜通透性不受影响，细胞保持健康状态。只是质膜处的CCK1受体被永久性激活。
这种细胞质膜界定的SALPC光动力作用，在体外试验中，是没有任何问题的。对于在体实验，也有一定的可行性。但是SALPC毕竟是通过其特定的理化特性，将本身界定于细胞质膜因而也将所产生的单线态氧分子，局部限制在腺泡细胞质膜处(单线态氧分子扩散距离或有效反应距离 < 20 nm)。对这一研究工作的推广，有一定的局限性。
2006年第一个基因编码的蛋白质光敏剂 - 毒杀红(KillerRed, Bulina et al., 2006a, b)的出现，为我们工作的进一步深入，提供了非常好的工具。到目前为止，已经出现多种基因编码的蛋白质光敏剂，包括迷你单(miniSOG, Shu et al., 2011)及其各种变体(见Jiang et al., 2017; Trewin et al., 2018; Losi et al., 2018)。因为这类光敏剂是蛋白质，所以在蛋白质合成的时候，可以通过加载特定的信号肽序列，将基因编码的蛋白质光敏剂，非常特异性地定位在细胞质膜。当然也可以通过与亚细胞特异性表达的蛋白质融合表达，而实现特定亚细胞器的定位。姜洪宁同学成功将毒杀红KillerRed作为基因编码的蛋白质光敏剂，在大鼠胰腺腺泡肿瘤细胞系AR4-2J细胞质膜定位表达。研究发现质膜定位的KillerRed通过光动力作用，永久性激活CCK1型受体，产生持续性胞浆钙振荡(Jiang et al., 2018a)。李园同学的试验表明，结构不同的另外一类基因编码的蛋白质光敏剂迷你单(miniSOG)，其细胞质膜处的光动力作用，也永久性激活CCK1型受体(Jiang et al., 2018a)。
参考文献
An YP, Xiao R, Cui H, Cui ZJ (2003) Selective activation by photodynamic action of cholecystokinin receptor in the freshly isolated rat pancreatic acini. Br J Pharmacol 139: 872-880.
Bulina ME, Chudakov DM, Britanova OV, Yanushevich YG, Staroverov DB, Chepurnykh TV, et al. (2006a) A genetically encoded photosensitizer. Nature Biotechnol 24: 95-99.
Bulina ME, Lukyanov KA, Britanova OV, Onichtchouk D, Lukyanov S, Chudakov DM (2006b) Chromophore-assisted light inactivation (CALI) using the phototoxic fluorescent protein KillerRed. Nature Protoc 1: 947-953.
Cui ZJ, Kanno T (1997) Photodynamic triggering of calcium oscillation in the isolated rat pancreatic acini. J Physiol (Lond) 504: 47-55.
Jiang HN, Li Y, Cui ZJ (2017) Photodynamic physiology - Photonanomanipulations in cellular physiology with protein photosensitizers. Front Physiol 8: 191.
Jiang HN, Li Y, Jiang WY, Cui ZJ (2018a) Cholecystokinin 1 receptor - a unique G protein-coupled receptor activated by singlet oxygen (GPCR-ABSO). Front Physiol 9: 497.
Losi A, Gardner KH, Möglich A (2018) Blue-light receptors for optogenetics. Chem Rev 118: 10659-10709.
Shu X, Lev-Ram V, Deerinck TJ, Qi Y, Ramko EB, Davidson MW, Jin Y, Ellisman MH, Tsien RY (2011) A genetically encoded tag for correlated light and electron microscopy of intact cells, tissues, and organisms. PLoS Biol 9: e1001041.
Trewin AJ, Berry BJ, Wei AY, Bahr LL, Foster TH, Wojtovich AP (2018) Light-induced oxidant production by fluorescent proteins. Free Radic Biol Med 128: 157-164.
https://wap.sciencenet.cn/blog-39029-1196181.html
上一篇：北京师范大学细胞生物学博士生导师 崔宗杰 教授
下一篇：薛绍白先生论著一览表
