为大家推荐一篇发表在Nature Methods上的文章，文章标题为“A fluorogenic chemically induced dimerization technology for controlling, imaging and sensing protein proximity”。本文通讯作者是来自法国索邦大学的Arnaud Gautier教授和法国巴黎文理研究大学的Franck Perez教授。Arnaud Gautier教授课题组致力于开发新型生化工具以观察和控制细胞与组织中生物分子及其动态事件，而Franck Perez教授课题组专注于通过设计与开发细胞生物学新策略以实现细胞内物质运输方面的研究。
蛋白质时空分辨的功能性相互作用维持着细胞的日常生命活动。为了能够对其进行有效调控，研究者通过化学/光致诱导二聚（CID/LID）等策略，成功实现了基因调控，蛋白转运，信号转导以及免疫应答等诸多时空分辨的蛋白分布调控，具有重要的意义。然而，由于基于雷帕霉素的二聚系统的不可逆性，及其雷帕霉素本身的生物活性，因此其应用受到了阻碍。为了解决这一问题，本文作者结合此前报道的荧光化学遗传报告基因pFAST和CID的策略，设计并构建了新型荧光化学诱导二聚系统CATCHFIRE。首先，此前的研究中指出，FAST非常小，而且能够进行分裂表达，即在114-115位进行截断表达，由此实现其活性的暂时性的抑制。由此，作者将其应用于此实验中，并命名为FIREtag和FIREmate。在缺少配体时，两个结构域没有明显相互作用的现象。而加入配体后，两个结构域被招募到一起，同时还能够维持配体的荧光活性。通过更换不同荧光特性的配体，研究者可以实现不同荧光波段信号的激活。以此，实现了荧光化学诱导二聚。
随后，他们将CATCHFIRE系统的一端锚定在线粒体外膜、高尔基体和内质网等亚细胞结构上，而另一端进行弥散性胞质表达。结果显示，在未进行配体处理的情况下，荧光没有明显的分布变化。而加入配体时，胞质弥散性荧光蛋白被显著而快速地招募到对应亚细胞结构上。由此，证明了此系统能够实现蛋白质定位的控制与追踪。
此外，研究者通过延时共聚焦显微镜，对CATCHFIRE系统的时间分辨率进行了测试。结果显示，该系统能够在大约在半衰期25 s左右就能实现有效的招募与解离，且允许在100 s左右实现完全的二聚化和完全解离。即具有优秀的时间分辨率。基于此，他们将其应用于诱导蛋白质运动的系统中。即通过CATCHFIRE，他们成功将胞质蛋白拉入细胞核，或将细胞核蛋白易位到细胞质中，实现了蛋白空间定位的调控与追踪。或者通过与RUSH系统结合，开发出了RUCH策略，实现了配体存在时目标蛋白的内质网招募，以及配体洗脱后目标蛋白的有效分泌。甚至通过此系统，研究者将溶酶体招募到分子马达蛋白上，实现了细胞器的空间定位调控，对于细胞器功能效应的研究具有重要的意义。最后，他们将此策略进一步应用于自噬诱导的控制与细胞凋亡的检测过程中，拓展了其应用范围。综上，作者设计并构建了名为CATCHFIRE的荧光化学诱导二聚系统，在固有荧光引入的情况下，实现蛋白质定位、运输，细胞器转运以及信号传感等过程的可逆、可控的调控，具有重要的意义。
本文作者：KLH
责任编辑：MB
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41592-023-01988-8
原文引用：DOI: 10.1038/s41592-023-01988-8
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