ScienceDaily (Oct. 17, 2008) — 一組來自賓州與德州大學西南醫學中心（University of Texas Southwestern Medical Center）的研究人員發現一種利用光線便能夠加以控制蛋白質所催化的生化反應的方法。
圖1. The scientists attached a light-sensing protein (sensor) from the oat plant to an enzyme from E. coli. When they shined white light (stimulus) on the sensor, the enzyme's acitvity increased (output).
本研究的領導人 Stephen Benkovic 這樣說到：「這是第一個成功的利用光線來控制蛋白質活性的研究之一。這項科技將來有一天也許可以擴大到各式各樣的使用中，比如說在細胞裡面所存在的某些致病蛋白質，可以利用這樣的方式把他的致病活性關掉。」
圖2. 本研究領導者之一 Stephen Benkovic 教授（圖片來源：http://research.chem.psu.edu/sjbgroup/index.html）
這個研究團隊的成果發表在十月 17 日的國際知名期刊《科學》上。
在他們的研究中，科學家設計出一種混成蛋白質，他們把一個從燕麥植物而來對光線敏感的蛋白質插入到酵素中 － 這種酵素是一種可以催化生化反應的蛋白質 － 來自大腸桿菌。在一起操控這兩個成分之後，研究人員發現酵素的活性也許可以藉由光線敏感蛋白的光線閃爍控制來調控酵素的活性，這些蛋白質科學家稱為「區塊（domain）」。「這項技術的運作類似燈光的開關」Benkovic 說到。「當我們讓閃光照射到光線敏感蛋白區塊時，酵素的活性就會增加，而當我們將光線關掉時，酵素的活性就下降了。」
根據賓州化學系博士後研究員，同時也是這篇論文作者之一的 Jee Yeon Lee 表示，當研究團隊在設計這個混成蛋白時必須要考慮到幾項因素，比如說蛋白質的性狀或是蛋白質的構形所產生的影響等等。「蛋白質的形狀對於決定蛋白質的功能相當的重要，」她說到：「如果沒有適當的構形，那麼我們的蛋白質對光線的照射就不會有反應。」
圖3. 本實驗的博士後研究員 Jeeyeon Lee（圖片來源：http://research.chem.psu.edu/sjbgroup/gm/gm.htm）
其他另外重要的因素也包含研究團隊需要考慮在酵素適當的位置上安裝這個從燕麥植物所得到的光敏感蛋白。本篇研究群中的另一位博士後研究員 Vishal Nashine 說：研究團隊對於能夠發現在酵素上面某一個特定的位置裝上能發揮效用的光敏感蛋白而感到相當的驚喜。因為當他們把這個分子在酵素中裝錯位置時並沒有發揮功效。「因此要讓這個開關能順利運作全仰賴著當光敏感蛋白區裝到酵素的特定位置時才能順利發揮功用，而這個特殊的位置是一種特殊的網路，他可以透過某個訊號，比如說像是對光線的回應來加以活化這個位置，如此便能夠產生傳輸的效用。」
圖4. 博士後研究員 Vishal Nashine（圖片來源：http://research.chem.psu.edu/sjbgroup/gm/gm.htm）
透過一個名為 Statistical Coupling Analysis（SCA）的高速電腦運算才能夠在上百個不同的可能性當中找到那個成功的專一區塊，而 SCA 是靠著本論文另一位領導作者，也是德州大學西南醫學中心的藥理學教授 Rama Ranganathan 所建構起來的。
圖5. SCA for the G protein family. Exchange of GTP for GDP at the nucleotide binding pocket triggers a large conformational change at a non-local site (switch 2), a primary region involved in conserved direct interactions with downstream effector molecules in the G protein family.
圖6. Rama Ranganathan 教授（圖片來源：http://www.utsouthwestern.edu/findfac/professional/0,2356,22254,00.html）
研究團隊未來將會深入的去探討來自光敏感區塊受到光線照射後所產生的訊號是如何傳遞到酵素上。Benkovic 這樣說到：「我們目前對於這個程序是怎麼運作的還不太清楚，到目前為止，其影響還相當小，不過我們計畫將這個技術進行最佳化，直到我們可以利用光線照射來調節酵素活性的其他的方法仍然可見為止。」
本篇論文的其他作者還包含來自德州大學西南醫學中心的藥理學助理教授 William Russ，他負責並成功的標示出酵素上面的位置，並將光敏感蛋白成功的插入其中，以及另一位藥理學助理教授 Madhusudan Natarajan，資深工程師 Tina Vo，以及另一位資深工程師 Michael Socolich，這兩位資深工程師負責建構出產生混成蛋白的基因。
This research was funded by the Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA).
Adapted from materials provided by Penn State.
原始報導：
ScienceDaily：Scientists Use Light To Control Proteins
原始論文：
Surface Sites for Engineering Allosteric Control in Proteins
Jeeyeon Lee, Madhusudan Natarajan, Vishal C. Nashine, Michael Socolich, Tina Vo, William P. Russ, Stephen J. Benkovic, and Rama Ranganathan
Science 17 October 2008: 438-442.
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