研究人員開發了一種利用光以空前的精度控制基因表達的新方法。這項發表在Nature Chemistry上的進展，引入了一種DNA G-四鏈體[gee-quad-ru-plex]靶向可逆光開關。這項分子創新可能導致動態、非侵入性的基因調控技術。
該研究重點關注G-四鏈體(G4) DNA結構，這是一種獨特的四鏈結構，存在於基因組中富含鳥嘌呤的序列中。G4參與關鍵的細胞過程，如轉錄和複製。科學家們設計了一種光可切換分子，可以選擇性地與這些G4結構結合。
這種光開關可以調節G4的構象，以響應特定波長的光。這使得可以對基因表達進行空間和時間控制。研究人員可以通過照射適當顏色的光，有效地“開啟”或“關閉”活細胞中的基因活性。
該光開關基於偶氮苯[azo-ben-zene]衍生物，這種分子以其光誘導的可逆異構化而聞名。該團隊優化了化學框架，以確保對G4 DNA的結合親和力和特異性。可見光範圍內的光波長會引起結構轉變，而不會對細胞造成顯著的光損傷。
實驗驗證表明，用一種光波長照射可以穩定G4結構，阻止轉錄因子結合並下調靶基因表達。相反，暴露於另一種波長的光會誘導光開關異構化，放鬆G4構象並恢復基因轉錄。這種雙波長控制可以實現精確的基因調控。
遠程和可逆地調節特定基因的能力為開發下一代基因療法帶來了希望。與疾病相關的基因可以在必要時被靶向和沉默，並在患者病情發展時重新激活。這可以通過外部應用光脈衝來實現。
該團隊設計了對紅色和近紅外光敏感的光開關，這些波長的光可以更深入地穿透組織。廣泛的毒性試驗證實，光開關化合物及其光激活週期不會引起細胞毒性或基因組不穩定。這確保了該系統可以在實驗和臨床環境中安全使用。
模塊化設計策略有助於光開關的進一步功能化和調整。未來的迭代可以結合靶向配體或螢光報告基因。作者設想將這項技術與現有的光遺傳學和納米技術方法相結合，以增強基因調控。