A sensitive red/far-red photoswitch for controllable gene therapy in mouse models of metabolic diseases

光遗传学 光电开关 遗传增强 基因表达 生物 远红色 细胞生物学 清脆的 基因 神经科学 化学 遗传学 红灯 植物 光化学
作者
Longliang Qiao,Lingxue Niu,Meiyan Wang,Zhihao Wang,Deqiang Kong,Guiling Yu,Haifeng Ye
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:4
标识
DOI:10.1038/s41467-024-54781-2
摘要

Red light optogenetic systems are in high demand for the precise control of gene expression for gene- and cell-based therapies. Here, we report a red/far-red light-inducible photoswitch (REDLIP) system based on the chimeric photosensory protein FnBphP (Fn-REDLIP) or PnBphP (Pn-REDLIP) and their interaction partner LDB3, which enables efficient dynamic regulation of gene expression with a timescale of seconds without exogenous administration of a chromophore in mammals. We use the REDLIP system to establish the REDLIP-mediated CRISPR-dCas9 (REDLIPcas) system, enabling optogenetic activation of endogenous target genes in mammalian cells and mice. The REDLIP system is small enough to support packaging into adeno-associated viruses (AAVs), facilitating its therapeutic application. Demonstrating its capacity to treat metabolic diseases, we show that an AAV-delivered Fn-REDLIP system achieved optogenetic control of insulin expression to effectively lower blood glucose levels in type 1 diabetes model mice and control an anti-obesity therapeutic protein (thymic stromal lymphopoietin, TSLP) to reduce body weight in obesity model mice. REDLIP is a compact and sensitive optogenetic tool for reversible and non-invasive control that can facilitate basic biological and biomedical research. Red light optogenetic systems are in high demand for therapeutic applications. Here, the authors introduce REDLIP, a red-light-inducible system that enables rapid gene regulation without external chromophores, effectively modulating insulin and anti-obesity protein expression in disease models.
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