上海有機所發(fā)展微型光酶實現(xiàn)可見光精準(zhǔn)調(diào)控細(xì)胞器功能
近日，中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所生命過程小分子調(diào)控全國重點實驗室陳以昀研究員團(tuán)隊在生物正交光調(diào)控研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。團(tuán)隊構(gòu)建了僅12 kDa的微型光酶miniSOG可見光調(diào)控平臺，成功實現(xiàn)活細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器特異性的可見光精準(zhǔn)時空調(diào)控。該技術(shù)通過原創(chuàng)的“生物正交可見光脫硼羥基化反應(yīng)”，在亞細(xì)胞尺度上精準(zhǔn)操控線粒體膜電位與細(xì)胞核表觀遺傳修飾，突破傳統(tǒng)光調(diào)控技術(shù)背景干擾大、操作復(fù)雜和細(xì)胞功能擾動等瓶頸。相關(guān)成果發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》并被編輯部遴選為Hot Paper（Angew. Chem. Int. Ed. 2025, doi: 10.1002/anie.202515137）。
圖1：miniSOG介導(dǎo)生物正交光催化實現(xiàn)細(xì)胞器靶向調(diào)控示意圖
從“化學(xué)合成”到“生命調(diào)控”：光酶的范式革新
人工光酶在有機合成中應(yīng)用廣泛，但其生物應(yīng)用面臨三大挑戰(zhàn)：分子尺寸限制亞細(xì)胞定位、氧敏感性高、生物相容性不足。陳以昀團(tuán)隊基于前期在生物正交光催化領(lǐng)域的系統(tǒng)性工作（小分子染料催化劑：Angew. Chem. Int. Ed. 2019;?JACS Au 2021; Nat. Chem. 2025；雜合蛋白催化劑: Angew. Chem. Int. Ed. 2022; ACS Cent. Sci. 2024），創(chuàng)新發(fā)展黃素蛋白改造的基因編碼微型光酶，實現(xiàn)“化學(xué)工具酶”向“生命調(diào)控器”的跨越，相關(guān)專利技術(shù)已布局。
三大技術(shù)突破開啟精準(zhǔn)光調(diào)控新時代
研究篩選獲得的miniSOG光酶在藍(lán)光激發(fā)下產(chǎn)生超氧陰離子自由基（O2??），驅(qū)動生物正交脫硼羥基化反應(yīng)，展現(xiàn)核心優(yōu)勢：一是廣譜底物兼容：激活27類硼酸酯“籠蔽”分子，涵蓋熒光探針、抗癌前藥、表觀遺傳調(diào)節(jié)劑等生物功能分子；二是亞細(xì)胞級精度：融合亞細(xì)胞定位信號后，反應(yīng)被嚴(yán)格限制在目標(biāo)細(xì)胞器（如線粒體或細(xì)胞核，<0.2 μm擴(kuò)散半徑）三是活體友好設(shè)計：遺傳編碼特性消除外源背景，免洗操作下信噪比提升12倍，細(xì)胞存活率>94%且無應(yīng)激響應(yīng)。
圖2：線粒體膜電位調(diào)控（A）與細(xì)胞核m6A甲基化調(diào)控（B）示意圖
細(xì)胞器功能精準(zhǔn)調(diào)控實證
展望：為生命科學(xué)研究安裝“光控開關(guān)”
該微型光酶平臺將生物正交反應(yīng)的精準(zhǔn)可控性與酶的遺傳編碼特性結(jié)合，實現(xiàn)活細(xì)胞生命活動的高時空分辨光控，為基礎(chǔ)生物學(xué)研究提供全新工具，為疾病機制研究與精準(zhǔn)醫(yī)療提供新范式。
該工作由上海有機所與上海科技大學(xué)聯(lián)培博士生車巧玲、賀茹及張祎昕副研究員共同完成，陳以昀研究員為通訊作者。研究得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院先導(dǎo)專項、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會及上海市科委等項目的資助。
論文信息：
Miniature Photoenzyme Enables Organelle-Specific Cellular Control via Deboronative Hydroxylation.?Angew. Chem. Int. Ed.2025. doi: 10.1002/anie.202515137.
Qiaoling Che #, Ru He #, Yixin Zhang #, Haipeng Zhang, Kaixing Zeng, and Yiyun Chen*
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