信号转导途径非常类似于手机网络。蛋白激酶将信息传递给其途径的下一个成员，但激酶的位置、信号强度以及信号持续时间都会影响信息的转导。为了研究信号转导途径，科学家经常使用生长因子或血清刺激一条感兴趣的通路，但也可能有很多静态信号，因为其他信号网络也可以非特异性激活，并且，像电话游戏一样，信号通常必须由中间信使传递。激酶活性的光学控制可以提供比药理学或遗传ap更大的时空分辨率方法，但只有少数这样的方法存在，他们只工作的一个子集激酶。
问题：
没有共同的方法来创建光学控制的激酶。
解决方案：
在周等，林实验室提出一种创建光开关激酶的通用设计，并使用MEK1作为模型激酶。在这个系统中，光通过连接两个二聚光开关Dronpa（dron=消失的忍者术语，和pa）来打开和关闭MEK1活动=P.霍托一种组成性活性MEK1活性位点任一侧的（活化）域。这种光开关MEK1被称为PSMEK1.。当暴露在500 nm紫光灯时，Dronpa二聚体通过阻止活动位点在“关”设置中相互作用并锁定MEK1。Dronpa在暴露于500nm光时也产生绿色荧光。在400纳米的青色光下，Dronpa Dimers解离，Dronpa变黑，Mek1活跃或“开启”。因此，Dronpa的颜色表示MEK1的当前状态（绿色时，熄灭时，亮起）。
图1：PhotosWoxable Mek1（PSMEK1）。
有可能产生其他光开关激酶吗？
PSMEK1的一般设计还致力于创建其他三种照片开放的激酶：psmek2.那psraf1.和PSCDK5。Mek2是丝氨酸/苏氨酸激酶，具有与MEK1相似的3D结构，但RAF1和CDK5具有较小的相似性。对于这三个激酶，将照片开放的Dronpa域插入到与兆上的位置同源的位点。MEK1，MEK2，RAF1和CDK5的照片可爱的版本都表现得类似于其内源性同行。另外，与衍生自衍生自的四聚体Dronpa，二聚体DronPa易于易于聚集在细胞中。
光开关激酶有什么好处？
有许多用于光学性激酶的潜在应用。以下是在周等人中证明的一些例子。
1.测试激酶抑制剂
Zhou等人通过使用Raf1-MEK-ERK信号通路检测激酶抑制剂改变Raf1-MEK-ERK信号通路的能力PSMEK1.和一个E.RK激酶易位记者用MRUBY2荧光报告者（ERK KTR-MRUBY2).
ERK-KTR是MEK1磷酸化的靶点，与内源性ERK非常相似，其定位作为MEK1活性的指标。当MEK1激活时，它磷酸化ERK-KTR，红色荧光定位于细胞质。当MEK1和ERK不激活时，ERK-KTR不磷酸化，并且在nuc中可以发现红色荧光leus.为了测试激酶抑制剂，将表达psMEK1和ERK KTR-mRuby2的细胞与选择的抑制剂一起孵育，暴露于500 nm青色光下以激活psMEK1，并确定ERK KTR-mRuby2的定位。如果抑制剂靶向MEK1或其下游靶向ERK，则KTR保留在细胞核中。但是如果抑制剂靶向u通道的上游成员（Raf1，EGRF），KTR定位于细胞质。
此全光PSMEK1 + ERK KTR-MRUBY2系统与现有方法有几个优点。首先，它避免激活其他信令途径，当血清或生长因子用作刺激时经常发生。该系统还允许精确地调制信号通路的特定臂（即MEK1下游的一切），绕过通路的上游部分并聚焦在下游步骤上。也可以确定信号传导效果的立即影响，因为您可以精确控制激酶活性的时序。
2.研究信号传导途径的负反馈回路
负反馈回路是信号转导途径的常见特征，但通常难以破译，因为难以产生激酶活性的短脉冲。周等通过创建短脉冲研究了内源MEK1 / 2磷酸化的负反馈psraf1.活动。它们通过将PSRAF1暴露于500nm灯的短2分钟脉冲（打开PSRAF1），然后3秒为400nm光（关闭PSRAF1）。此后，通过Western印迹以5分钟的间隔跟踪MEK1 / 2的磷酸化状态。在RAF1后灭活后5分钟的MEK1 / 2峰的磷酸化，然后降低。用PP1 / PP2A抑制剂治疗细胞导致磷酸化MEK1 / 2水平的维持，表明PP1 / PP2A负责该MEK1 / 2负反馈。
3.研究信号通路体内
表达光开关激酶体内不仅允许在整个生物体内精确控制信号通路，还允许在选择的身体部位精确激活激酶。Zhou等人再次使用Raf-MEK-ERK信号通路来证明光开关激酶的效用体内和C. Elegans.。
研究人员通常使用直肠细菌感染来诱导小鼠尾部肿胀C.秀丽隐杆线，但Raf-MEK-ERK信号在小鼠皮下和肠道细胞中的激活C. Elegans.导致相同的表型。Raf-MEK-ERK信号通路的激活psraf1.或PSMEK1.在这些相同的细胞中，暴露在蓝光下24-48小时也会导致约75%的蠕虫尾部肿胀（见下图）。周等人也使用了一个照片CDK5在里面C. Elegans.. 有关这些实验的详细信息，请参见Zhou等人的图4B和图C。光开关激酶可能用于其他模型系统，但它们需要在蓝光和紫外光可以穿透的组织或生物体中表达。
如何在我的实验中尝试使用照片开关的激酶？
您可以从周等人找到质粒在这里。此外，可以使用PDDRONPA来控制其他激酶和蛋白质。周等人表明，可以通过将Pddronpa结构域插入感兴趣的蛋白质的循环来产生更多的光学开心蛋白。如果您计划尝试此操作，重要的是检查蛋白质和PDDRONPA的功能是否保留。
工具书类
1.周，Xin X.，Linlin Z.Fan，Pengpeng Li，Kang Shen和Michael Z. Lin。“单链光学激酶通过单链光学酶的”光学控制“。科学355，没有。6327（2017）：836-42。PubMed.PMID：28232577。从该参考文献修改了图2-4。
2.Regot、Sergi、Jacob J.Hughey、Bryce T.Bajar、Silvia Carrasco和Markus W.Covert.“活单细胞中多激酶活性的高灵敏度测量。”单间牢房157，不。7（2014）：1724-734。PubMed.PMID：24949979.。pmed中央PMCID：PMC4097317.。
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参考资料：Addgene.org
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