中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心坐落于安徽省合肥市风景秀丽的科学岛，2008年4月30日经中国科学院批准成立，依托中国科学院合肥物质科学研究院管理（科发人教字〔2008〕133号），其前身是2005年12月20日成立的“合肥强磁场科学技术研究中心”。中心目标：发展强磁... 更多简介 +
稳态强磁场实验装置（SHMFF）是国家“十一五”重大科技基础设施，由中国科学院合肥物质科学研究院与中国科学技术大学联合承建攻关。装置于2008年启动建设，2017年通过国家验收。验收专家组一致认为，SHMFF“磁体技术和综合性能达到国际领先水平”，标志... 更多简介 +
近日，中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心王俊峰研究员、朱磊副研究员、王俊峰研究员团队，利用液体核磁共振（NMR）技术结合表面等离子体共振（SPR）及分子对接手段，深入揭示了红光/远红光光遗传学工具MagRed中亲和体Aff6特异性识别光敏蛋白DrBphP不同光激发状态的结构基础，填补了红光/远红光光遗传学工具结构基础的关键空白。该研究相关成果以“Structural insights into photo-state-specific binding of affibody Aff6 to the photosensory core module of DrBphP”为题，发表在于光生物学领域知名国际期刊Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology。
光遗传学技术通过光敏感蛋白实现对生物过程的精准操控，而基于红外/远红外光响应的细菌敏红光色素（Bphs）开发的系统（如MagRed）因其高组织穿透性和低光毒性，在深层组织应用中具有显著优势。MagRed系统是由红光/远红光光敏蛋白DrBphP及其工程化亲和体Aff6组成的光控异源二聚系统。然而，Aff6如何在分子水平上精确区分DrBphP的Pr（基态）和Pfr（激发态）并实现光激发依赖的结合，其具体的结构机制此前尚不清楚，这限制了该类工具的进一步理性优化。
在本研究中，研究人员针对上述难题，研究团队首先通过表面等离子共振(SPR)实验证明，DrBphP的单体感光核心模块（DrBphP-PCMmono）足以介导与Aff6的光诱导异源二聚化，且Pfr态与Pr态之间的亲和力差异约为23倍（KD值分别为~52 nM和~1.2 μM）。随后，团队利用稳态强磁场实验装置SHMFF的SM3/850 MHz液体核磁共振波谱仪，通过核磁共振滴定技术与化学位移扰动分析精确描绘了其相互作用界面，发现Aff6主要结合在DrBphP的PHY结构域以及helical spine的C端区域。通过分子对接模拟与定点突变分析，研究进一步鉴定出DrBphP上的芳香族残基F327、H334与Aff6上的F18之间形成的芳香族相互作用，是决定这种构象选择性的关键分子基础。此外，实验数据还表明，Aff6的结合能够通过变构效应稳定Pfr状态并延缓Pfr到Pr态的暗恢复过程。
该研究成果本研究不仅阐明了MagRed系统实现“光控开关”功能的分子细节，也为未来设计更具特异性和更高对比度的红光/远红光光遗传学工具提供了科学依据。
强磁场科学中心博士研究生朱丽娜为该论文的第一作者，王俊峰研究员和朱磊副研究员为该论文的共同通讯作者。该项此项研究得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院合肥物质科学研究院院长基金以及强磁场安徽省实验室的支持。
文章论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1011134426000783?via%3Dihub
图为DrBphP与Aff6光状态依赖性相互作用的分子机制。
图A DrBphP/Aff6复合物在不同光状态下的模型；
图B Aff6的结合能够稳定DrBphP的Pfr态，延缓其暗恢复过程。
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