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Optogenetic control of organelle transport and positioning

机译：细胞器运输和定位的光遗传学控制

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摘要

Proper positioning of organelles by cytoskeleton-based motor proteins underlies cellular events such as signalling, polarization and growth. For many organelles, however, the precise connection between position and function has remained unclear, because strategies to control intracellular organelle positioning with spatiotemporal precision are lacking. Here we establish optical control of intracellular transport by using light-sensitive heterodimerization to recruit specific cytoskeletal motor proteins (kinesin, dynein or myosin) to selected cargoes. We demonstrate that the motility of peroxisomes, recycling endosomes and mitochondria can be locally and repeatedly induced or stopped, allowing rapid organelle repositioning. We applied this approach in primary rat hippocampal neurons to test how local positioning of recycling endosomes contributes to axon outgrowth and found that dynein-driven removal of endosomes from axonal growth cones reversibly suppressed axon growth, whereas kinesin-driven endosome enrichment enhanced growth. Our strategy for optogenetic control of organelle positioning will be widely applicable to explore site-specific organelle functions in different model systems.%细胞器在一个细胞内的位置怎样影响细胞功能？在没有以时空精确性来控制细胞内细胞器定位的策略的情况下，这个问题一直难以回答。Lukas Kapitein及同事制定了一个光遗传学策略，它基于将截然不同的细胞骨架运动蛋白在光介导下向它们特定的荷载细胞器吸引，如此就可以进行这样的细胞操纵。采用这一新方法，便有可能以高度的时空精确性来迅速、可逆地激发或抑制特定细胞器的转运，以及演示包括“过氧化物酶体”、“循环核内体”和“线粒体”在内的细胞器的分布所受到的局部调制。作者演示了 “过氧化物酶体”、“循环核内体”和“线粒体”的细胞器分布的局部调制。他们还将这一方法应用于初级神经元，以实现对轴突增生的光控制。
机译：基于细胞骨架的运动蛋白对细胞器的正确定位是诸如信号传递，极化和生长等细胞事件的基础。然而，对于许多细胞器，由于缺乏以时空精度控制细胞内细胞器定位的策略，因此位置和功能之间的精确联系仍不清楚。在这里，我们通过使用光敏性异源二聚化来募集特定的细胞骨架运动蛋白（驱动蛋白，动力蛋白或肌球蛋白）到选定的货物，从而建立对细胞内运输的光学控制。我们证明过氧化物酶体，循环内体和线粒体的运动可以被本地和反复诱导或停止，从而允许快速的细胞器重新定位。我们在原代大鼠海马神经元中应用了该方法，以测试回收内体的局部定位如何促进轴突的生长，并发现动力蛋白驱动的内体从轴突生长锥的去除可逆地抑制轴突的生长，而驱动蛋白驱动的内体富集促进了轴突的生长。我们对细胞器定位进行光遗传学控制的策略将广泛应用于探索不同模型系统中特定于站点的细胞器功能。％细胞器在一个细胞内的位置怎样影响细胞功能？在没有以时空精确性来控制细胞内细胞器定位的卢卡斯·卡皮汀（Lukas Kapitein）和同事制定了一个光遗传学策略，它基于将截然不同的细胞运动蛋白在光介导下向其特定的大量细胞器吸引，如此就可以进行这样的细胞操纵。采用这一新方法，便有可能以高度的时空精确性来迅速，可逆地激发或抑制特定细胞器的转运，以及演示包括“过氧化物酶体”，“循环核内体”他们演示了“过氧化物酶体”，“循环核内体”和“线粒体”的细胞器分布的局部调制。对准初级神经元，以实现对轴突增生的光控制。

著录项

  • 来源
    《Nature》 |2015年第7537期|111-114a2|共5页
  • 作者

    Petra van Bergeijk; Max Adrian; Casper C. Hoogenraad; Lukas C. Kapitein;

  • 作者单位

    Cell Biology, Department of Biology, Faculty of Science, Utrecht University, 3584 CH Utrecht, The Netherlands;

    Cell Biology, Department of Biology, Faculty of Science, Utrecht University, 3584 CH Utrecht, The Netherlands;

    Cell Biology, Department of Biology, Faculty of Science, Utrecht University, 3584 CH Utrecht, The Netherlands;

    Cell Biology, Department of Biology, Faculty of Science, Utrecht University, 3584 CH Utrecht, The Netherlands;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);美国《生物学医学文摘》(MEDLINE);美国《化学文摘》(CA);
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  • 正文语种 eng
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