光遗传学技术结合了重组DNA技术与光学技术,被广泛应用于活细胞内目标蛋白质的跟踪,蛋白的寡聚和解聚的调控以及选择性地观察和控制脑中某类细胞的特定的神经活动,从而推动了神经科学研究的深入。近来光遗传学技术的应用扩展到对信号转导的研究,也已经有医学应用的报道。进一步发展光遗传学技术无疑将推动合成生物学的研究。光遗传学技术被《自然-方法学》期刊评为2010年度新方法。光控蛋白工具对生物学过程提供了一个高分辨率的时空的工具。现在出现越来越多的通用的光遗传工具有着类似的变化效果,这些工具通过光依赖的蛋白在光照条件下的相互作用来控制靶标蛋白的互作和定位。这些模块化的工具可以被用来调控一系列广泛的生物学活动,现在已有许多不同特性的光诱导的二聚系统,如光敏色素、隐花色素系统、光氧电压蛋白等。尽管光遗传工具有着广泛的应用前景,但是它们在各个细胞器中的应用不够清楚,且存在异源二聚的工具偏少,调控工具的光波长范围偏窄等问题,针对这些问题本课题做了以下方面的研究：1.光调控的离子通道的研究.。cryptochrome2(CRY2)是一个受蓝光照射的光调控蛋白,,STIM1均一的分布于内质网,STIM1能够聚集于质膜下与Orail相互作用从而激活CRAC (Ca2+-release-activated Ca2+)通道.通过CRY2的寡聚特性自主的调控CRAC通道,用以了解离子通道(CRAC)的实时精确可逆的变化。2.光调控蛋白Vivid (VVD)的改造。VVD是受蓝光调控的同源二聚蛋白,通过结构观察和预测,对VVD上的氨基酸进行定点突变,使其变成异源二聚体蛋白,成为一个能广泛使用的光调控工具为生物学研究所应用。实验结果表明,CRY2在内质网中并未出现在如同胞浆中的聚集现象,需要进一步优化条件,VVD经过改造后得到一对异源二聚活性达到130%,而同源二聚活性只有15%配对物：52K55F和55L56D。