一种电压门控钙通道的光学调控方法技术

本发明专利技术公开了一种电压门控钙通道的光学调控方法，与现有光学方法采用飞秒激光、可见光和紫外光不同，对于存在电压门控钙通道Ca

【技术实现步骤摘要】
一种电压门控钙通道的光学调控方法


[0001]本专利技术属于电压门控钙通道调控
，更为具体地讲，涉及一种电压门控钙通道的光学调控方法。

技术介绍

[0002]钙离子是真核细胞的第二信使，可通过电压门控钙通道进入到细胞中，与细胞内相关信号蛋白结合并形成错综复杂的钙信号网络，进而参与一系列的信号转导，并调节众多细胞过程，如增殖、分化、代谢和程序性死亡等。
[0003]目前，一系列小分子药物被广泛应用于激活或抑制电压门控钙通道，具有一定的特异性。但是，大多小分子药物在细胞内是处于自由扩散的状态，所以此类药物难以实现对表达有电压门控钙通道的目标细胞进行高时空分辨率的调控。
[0004]光学方法包括基于激光的光解锁笼、光遗传学以及全光学钙信号调节技术具有亚微米量级的分辨率，方便实现高时空分辨率调控。光学方法是一种很好的调控细胞内钙信号的工具。光解锁笼、光遗传学借助外源导入的化合物或者蛋白对细胞钙信号进行调控。光遗传学为调节亚细胞钙信号提供了一种高度可编辑的工具，具有基因编辑的特异性和靶向性。应该注意的是，在光解锁笼和光遗传学中，激发的空间分辨率和效率同时取决于激光聚焦和细胞中锁笼化合物或光遗传学蛋白的表达/分布模式。激光焦点的空间分辨率受衍射极限的限制，并由物镜决定。但光基因蛋白/光锁笼化合物可能在细胞中分布不均匀，导致钙激发效率不同。双光子激发进一步增加了光解锁笼和光遗传技术的空间分辨率，减少了光对细胞的损伤。在全光学钙信号调制方法中，可见光和紫外光波段多以光损伤扰乱细胞或者以机械冲击波激活机械敏感通道，从而引起钙变化。低功率的紧致聚焦近红外飞秒激光与细胞的相互作用以多光子吸收为主，具有高空间分辨率。由于近红外波段在细胞中的散射小、吸收少，因此飞秒激光在组织中比连续光或长脉冲激光具有更好的传播优势。高空间分辨率和非侵入性的全光学钙信号调节方法有助于推进亚细胞钙存储的研究，特别是关于内质网线粒体接触位点中的局部钙交换和核钙信号研究。在光解锁笼方法中，外源锁笼化合物剂量累积不可知。在光遗传学技术中，转基因之后，蛋白表达量不稳定。而全光学方法无外源物质的导入，光对细胞的作用更加稳定。然而，该技术缺乏分子特异性和细胞特异性。它的特异性很大程度上取决于空间限制，这就是需要紧致聚焦飞秒脉冲的原因。细胞天然发色团黄素可以对近红外激光产生反应，这可能有助于推进分子特异性全光激发钙信号技术的发展。然而，但光学方法缺少一种靶向电压门控钙通道的光学刺激方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电压门控钙通道的光学调控方法，靶向电压门控钙通道，以光学特异性调控电压门控钙通道，显著降低钙通道的自由能，增强钙电流。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术电压门控钙通道的光学调控方法，其特征在于，对于
存在电压门控钙通道Ca
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1.2的被调控的细胞，产生光频率为42.55THz的太赫兹波进行定点辐照，实现对受辐照区域内细胞的光学调控，增加电压门控钙通道的钙电流。
[0007]本专利技术的目的是这样实现的。
[0008]本专利技术电压门控钙通道的光学调控方法，与现有光学方法采用激光、可见光和紫外光不同，对于存在电压门控钙通道Ca
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1.2的被调控的细胞，采用光频率为42.55THz的太赫兹波进行定点辐照，实现对受辐照区域内细胞的光学调控，增加电压门控钙通道的钙电流。生物大分子的振动和转动能级处于广义太赫兹波段，作用于生物大分子上的光和分子内部可能会发生非线性共振，导致其构象和功能发生剧烈变化，从而对生物系统产生非热效应。本专利技术通过计算发现，42.55THz的光(太赫兹波)可与电压门控钙通道选择过滤器关键氨基酸侧链的羧基发生共振，进而显著降低钙通道的自由能，即42.55THz能够增强钙电流。利用电生理技术记录异源表达的电压门控钙通道Ca
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1.2在42.55THz(功率约为50mW)光刺激前后的钙电流大小，确认了42.55THz光对电压门控钙通道门控的增强效应，证实了42.55THz的光(太赫兹波)可作为电压门控钙通道的一种光学调控方法。
附图说明
[0009]图1是本专利技术42.55THz的光(太赫兹波)对电压门控钙通道选择过滤器自由能的影响曲线图；
[0010]图2是光对钙通道电流的影响示意图，其中，(a)为太赫兹波辐照被调控的细胞前后钙离子对比示意图，(b)为将(a)中的钙电流数据归一化后的曲线图，(c)为加了太赫兹刺激后钙电流增强比例图。
具体实施方式
[0011]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
[0012]本专利技术电压门控钙通道的光学调控方法为对于存在电压门控钙通道Ca
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1.2的被调控的细胞，产生光频率为42.55THz的太赫兹波进行定点辐照，实现对受辐照区域内细胞的光学调控，增加电压门控钙通道的钙电流。在具体实施过程中，使用的光功率密度约为39.8W/cm2。
[0013]图1是本专利技术42.55THz的光(太赫兹波)对电压门控钙通道选择过滤器自由能的影响曲线图。
[0014]在本实施例中，如图1所示，横坐标是指距离，即钙离子完整通过电压门控钙通道Ca
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1.2选择过滤器所行走的总长度。纵坐标是指能量，即自由能的能量。图1中的无THz是指没有THz波的时候，42.55THz是指给模拟体系加42.55THz的光(太赫兹波)。从图1中可以看出，未加THz波时，电压门控钙通道Ca
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1.2选择过滤器的自由能曲线是上升的，意味着钙离子通过电压门控钙通道Ca
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1.2选择过滤器需要克服很大的能量。加了42.55THz的光(太赫兹波)后，电压门控钙通道Ca
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1.2选择过滤器的自由能显著降低，意味着钙离子能较容易的通过电压门控钙通道Ca
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1.2选择过滤器。
[0015]图2是光对钙通道电流的影响示意图。
[0016]其中，图2(a)为太赫兹波辐照被调控的细胞前后钙离子对比示意图。图2(a)中，Ca
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1.2是指电压门控钙通道Ca
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1.2，THz wave是指太赫兹波，
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30s，0s，30s，60s，90s是指时间，s是指秒，圆点是指钙离子。以辐照太赫兹波的时间为零点，往前30秒测的是未加太赫兹波时的电压门控钙通道Ca
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1.2的电流，0秒往后测的是加了太赫兹波后的电压门控钙通道Ca
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1.2电流。最上一排是太赫兹波辐照被调控的细胞前后钙离子数量的两个示意图，示意图也表明，加了太赫兹波后，电压门控钙通道Ca
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1.2通道中的钙离子增多，即钙电流增大。时间轴下面的示意图是钙电流的图，5pA本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电压门控钙通道的光学调控方法，其特征在于，对于存在电压门控钙通道Ca
V
1.2的被调控的细胞，使用光频率为42.55THz的太赫兹波进行定点辐照，实现...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙远昆，杨亚雄，常超，宫玉彬，王少萌，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：