研究人员开发了一种利用光以空前的精度控制基因表达的新方法。这项发表在Nature Chemistry上的进展，引入了一种DNA G-四链体[gee-quad-ru-plex]靶向可逆光开关。这项分子创新可能导致动态、非侵入性的基因调控技术。
该研究重点关注G-四链体(G4) DNA结构，这是一种独特的四链结构，存在于基因组中富含鸟嘌呤的序列中。G4参与关键的细胞过程，如转录和复制。科学家们设计了一种光可切换分子，可以选择性地与这些G4结构结合。
这种光开关可以调节G4的构象，以响应特定波长的光。这使得可以对基因表达进行空间和时间控制。研究人员可以通过照射适当颜色的光，有效地“开启”或“关闭”活细胞中的基因活性。
该光开关基于偶氮苯[azo-ben-zene]衍生物，这种分子以其光诱导的可逆异构化而闻名。该团队优化了化学框架，以确保对G4 DNA的结合亲和力和特异性。可见光范围内的光波长会引起结构转变，而不会对细胞造成显著的光损伤。
实验验证表明，用一种光波长照射可以稳定G4结构，阻止转录因子结合并下调靶基因表达。相反，暴露于另一种波长的光会诱导光开关异构化，放松G4构象并恢复基因转录。这种双波长控制可以实现精确的基因调控。
远程和可逆地调节特定基因的能力为开发下一代基因疗法带来了希望。与疾病相关的基因可以在必要时被靶向和沉默，并在患者病情发展时重新激活。这可以通过外部应用的光脉冲来实现。
该团队设计了对红色和近红外光敏感的光开关，这些波长的光可以更深入地穿透组织。广泛的毒性试验证实，光开关化合物及其光激活周期不会引起细胞毒性或基因组不稳定。这确保了该系统可以在实验和临床环境中安全使用。
模块化设计策略有助于光开关的进一步功能化和调整。未来的迭代可以结合靶向配体或荧光报告基因。作者设想将这项技术与现有的光遗传学和纳米技术方法相结合，以增强基因调控。