Fluorescence Imaging of Azobenzene Photoswitching In Vivo

Beharry, Andrew A.; Wong, Leo; Tropepe, Vince; Woolley, G. Andrew

doi:10.1002/ange.201006506

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“…In addition, photoswitchable cross-linkers could be developed that could be hooked up to two cysteine residues. [108] These have been used with great success to control the helical content of peptides, [108b, 109] and they have already found applications in governing the activity of proteins. [110] It is entirely possible that this approach could be extended to transmembrane receptors, thereby providing yet another way to control neural activity with light.…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Optochemical Genetics

Fehrentz¹,

Schönberger²,

Trauner³

2011

Angew Chem Int Ed

352

261

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Transmembrane receptors allow a cell to communicate with its environment in response to a variety of input signals. These can be changes in the concentration of ligands (e.g. hormones or neurotransmitters), temperature, pressure (e.g. acoustic waves or touch), transmembrane potential, or light intensity. Many important receptors have now been characterized in atomic detail and our understanding of their functional properties has markedly increased in recent years. As a consequence, these sophisticated molecular machines can be reprogrammed to respond to unnatural input signals. In this Review, we show how voltage-gated and ligand-gated ion channels can be endowed with synthetic photoswitches, and how the resulting artificial photoreceptors can be used to optically control neurons with exceptional temporal and spatial precision. They work well in animals and might find applications in the restoration of vision and the optical control of other sensations. The combination of synthetic photoswitches and receptor proteins contributes to the field of optogenetics and adds a new functional dimension to chemical genetics. As such, we propose to call it "optochemical genetics".

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Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Optochemical Genetics

Fehrentz¹,

Schönberger²,

Trauner³

2011

Angew Chem Int Ed

352

261

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“…Daher stabilisieren elektronenziehende Reste Azobenzol gegenüber einer Reduktion durch GSH. [232] Gerade bei der Kontrolle der Sekundärstruktur und Funktion von Peptiden und Proteinen spielt die photochemisch induzierte ¾nderung des End-zu-End-Abstands eine wichtige Rolle für die funktionellen Veränderungen im Zielmolekül. [230,231] Daher untersuchten Woolley und Mitarbeiter die Eignung von Azobenzol für intrazelluläre Photoregulation in lebenden Organismen, indem sie ein mit Azobenzol vernetztes fluoreszierendes Reporterpeptid in Zebrafischembryonen injizierten.…”

Section: Methodsunclassified

Lichtgesteuerte Werkzeuge

Brieke

Rohrbach

Gottschalk³

et al. 2012

Angewandte Chemie

249

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Die zeitliche und räumliche Kontrolle über chemische und biologische Prozesse spielt eine Schlüsselrolle im Leben, wo das Ganze oft viel mehr ist als die Summe seiner Einzelteile. Trivialerweise bilden die Moleküle einer Zelle noch lange kein lebendiges System aus, wenn sie lediglich willkürlich angeordnet werden. Wenn wir diese Zusammenhänge und die Probleme, die durch Fehlfunktionen entstehen, verstehen wollen, benötigen wir Werkzeuge, mit denen wir komplexe Experimente für diese Fragestellungen entwickeln können. Externe Triggersignale, mit denen wir präzise bestimmen können, wo, wann und in welchem Ausmaß ein Prozess gestartet oder gestoppt wird, sind dafür äußerst wertvoll. Licht ist solch ein ideales Triggersignal: Es ist hoch selektiv und bei richtiger Anwendung unschädlich. Es kann mit gut etablierten Techniken erzeugt und manipuliert werden, und viele Ansätze existieren, um Licht in lebenden Systemen anzuwenden – von Zellen bis zu höheren Organismen. Dieser Aufsatz wird sich mit den aktuellen Entwicklungen der letzten sechs Jahre befassen und die zugrundeliegenden Technologien sowie ihre Anwendungen diskutieren.

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“…The feasibility of using azobenzene systems in living organisms to photocontrol biological events has been confirmed by the in vivo imaging of the isomerization process in zebrafish. [9] An intrinsic hindrance for applications of azobenzene in living cells derives from its susceptibility to reduction. The azo unit may be subject to reduction by enzymes [10] or thiols such as glutathione (GSH) which is present in most cells at millimolar concentration (0.5-10 mm).…”

mentioning

confidence: 99%