[发明专利]一种BK通道光控调节元件

说明书

本发明提供了一种BK通道光控调节元件，其包括肽毒素、光敏蛋白LOV结构域、膜定位蛋白和荧光蛋白。本发明的BK通道光控调节元件灵敏度高，能够实现对内源性BK通道的调控，利用光的高时间分辨率及高空间分辨率，实现对内源性BK通道的精准光学调控，以及对细胞内各细胞器等亚细胞结构的调控。

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及一种BK通道光控调节元件。

背景技术

离子通道是生命活动的基础，无论动物或植物，单细胞生物还是多细胞生物的细胞膜上，都有离子通道存在。离子通道的最基本功能是在兴奋性的神经、肌肉组织上产生细胞生物电现象，即与细胞的兴奋性直接相关，通过生物电的传播派生出神经递质的释放、腺体的分泌、肌肉的运动，甚至学习和记忆等重要的高级神经活动。因此，离子通道是可兴奋性组织膜上的基本兴奋单元，具有极其重要的生理功能。离子通道的研究与探讨离子通道相关疾病的发病机制和药物治疗有着直接的联系。

大电导钙离子激活钾通道KCa通道中较为特殊的一类是大电导钙离子激活钾通道(BK)，其单通道电导可达100～300ps，明显区别于其他家族成员，如小电导钾通道(4～20ps)、中电导钾通道(20～80ps)。BK通道的独特性不仅在于其较大的单通道电导，还表现在它受到细胞内Ca²⁺和膜去极化信号的双重调控.对两种信号的整合，使BK通道成为偶联胞内Ca²⁺浓度增加与外向超极化钾电流的重要负反馈体系.此外，诸如细胞膜应力、细胞因子、激素、ATP、NO等信号也能激活BK通道。

光遗传学技术的主要特点是光学与遗传学相结合，通过光来控制神经元的生物学功能。光遗传学最早发现于神经领域，现已广泛应用于大脑神经环路。神经功能调控的研究，主要采用可植入光纤导管、立体定向转移植入，使相应光照作用于神经元，实现神经元快速兴奋、快速抑制、双稳态调制、细胞内生化信息调控的功能。

光受体作为光遗传学技术中必不可少的工具，到目前为止已有很多种类被发现或合成，并成功用于细胞功能、信号转导、亚细胞水平分子功能等研究。其中light-oxygen-voltage sensing domain(LOV))结构域蛋白是目前研究较多的一种光敏受体，其相对分子质量较小，具有可溶性，并且其所需的辅助因子存在于绝大部分类型的细胞中，具有多种调节信号分子的方式，这些特点使得LOV成为用于探究光控离子通道的理想分子。以前有研究通过多种的方式把不同多肽和酶嵌入或连接在LOV结构域附近(LOV调控)。

在神经元和神经胶质细胞中，离子通道参与调控细胞内信号和信息整合，也是许多神经疾病重要的药物靶点。评估离子通道在复杂的神经系统中的作用，基因调控离子通道是一种较为理想的模式。在基因调控离子通道方面，有几种策略：一方面是在不同类型的细胞中表达基因编码的膜靶向的肽毒素。肽毒素是由一系列来自有毒动物遗传编码调控离子通道的多肽组成，能够特异性识别各类离子通道。这些毒素不需添加外源性化学物质，在数小时至数天的时间内是可诱导出可逆的反应，已证实在哺乳动物的活体大脑中可发挥作用。第二种策略是利用了光敏的化合物调控，这类化合物锚定在离子通道的特定位置(如SPARK、LiGluR、HyLighter)，能够引起快速的可逆的光感反应。它们结合外源性的化合物，与目标离子通道结合。第一种策略完全由基因编码，但无法通过光控调节；第二种策略是通过光调节，但插入的是外源性离子通道，无法研究内源性离子通道的功能。通过光遗传手段调控内源性离子通道的研究少之又少。

发明内容

本发明的目的是针对以上要解决的技术问题，提供一种灵敏度高、能够有效调控BK通道的BK通道光控调节元件。

为此，本发明提供了一种BK通道光控调节元件，其包括肽毒素、光敏蛋白LOV结构域、膜定位蛋白和荧光蛋白。

优选地，所述膜定位蛋白为PDGF(血小板衍生因子)受体跨膜蛋白或转运蛋白(transferrin)受体跨膜蛋白。优选地，所述荧光蛋白为mCherry荧光蛋白。