图片:OptoMYpT系统的设计(上图)。蓝光照射诱导SspB-pp1BD和内源性pp1c从细胞质到膜的易位，导致膜附近的肌球蛋白失活。下图显示了蓝光照射下SspB-pp1BD的膜增厚。
细胞生成力在细胞运动、胞质分裂和组织形态发生等多种生物过程中发挥着重要作用。在《自然通讯》上发表的一项研究中，由日本国家基础生物学研究所定量生物学部门领导的研究团队成功开发了“OptoMYpT”:一种光遗传工具，利用聚焦的光减少肌动蛋白和肌球蛋白的收缩力。
研究人员设计了一种光遗传工具来直接灭活非肌凝蛋白II，该蛋白与肌动蛋白丝协同产生细胞收缩性。为了实现这一目标，他们集中研究了MYpT1，一种肌凝蛋白失活所需的蛋白质，它能使磷酸化的肌凝蛋白接近磷酸酶pp1c。这随后导致去磷酸化和肌球蛋白失活。利用这一特性，研究人员旨在利用MYpT1的pp1c结合域(pp1BD)，从光学角度操纵最初存在于细胞中的pp1c的定位。
“为了开发OptoMYpT，我们使用了一种名为iLID的工具，利用光来控制蛋白质的定位。该工具基于蓝光照射导致iLID蛋白与SspB蛋白结合的想法。首先，iLID蛋白定位于细胞膜上，而SspB与MYpT1的pp1BD融合后在细胞质内表达。蓝光照射诱导SspB-pp1BD通过与iLID结合从细胞质转位到膜上，导致内源性pp1c共同招募到膜上。最后，膜募集的pp1c脱磷酸化并使细胞膜附近的肌球蛋白失活。这篇论文的主要作者、研究生Kei Yamamoto解释道。
如预期的那样，在表达OptoMYpT的细胞暴露于蓝光照射下，pp1c移位到细胞膜上，从而使肌动蛋白和肌球蛋白介导的收缩力降低。
为了了解细胞分裂的机制，研究小组将他们的OptoMYpT应用于细胞分裂。用蓝光照射分裂细胞的两极，减弱细胞皮层产生的拉力，细胞分裂沟的侵入速度加快。此外，当细胞皮层的张力仅在一侧减弱时，两个子细胞之间发生了细胞质的振荡流动。因此，通过使用OptoMYpT进行局部力扰动，研究团队证明了细胞表面产生的力的最佳强度和对称性对细胞分裂的正常进程至关重要。
“我们相信，这个工具，OptoMYpT，将有助于理解各种胚胎学和细胞生物学现象涉及肌动球蛋白细胞骨架，”教授青木和弘说，该研究小组的成员。他补充说:“在未来，我们希望它能被用于自由设计细胞和组织的形状，以及形成人工器官。”
文章标题Optogenetic relaxation of actomyosin contractility uncovers mechanistic roles of cortical tension during cytokinesis