Cells sense and transfer extracellular information to intracellular biochemical context through transmembrane receptors. External signaling molecules interact with cell surface receptors and regulate diverse intracellular processes. Because multiple-steps characteristic and complexity of signaling molecules, receptor mediated cellular functions were difficult to study in high spatiotemporal manner.
In chapter 1, I established the optogenetic toolkits for regulating the activity of FGF receptor family (FGFR1-FGFR4) using Arabidopsis thaliana’s cryptochrome 2 homo-interaction. Extending concept of OptoFGFR1 to other members of FGFR family, I generated light-inducible FGF receptors, OptoFGFRs (OptoFGFR1-4). Using this fine-tuned module systems, I investigated the different role of FGFR signaling in endothelial cell migration and glia function, especially astrocyte activity. For further in vivo application, adeno-associated virus (AAV) was used for expression of optically-controlled receptor in the central nervous system.
In chapter 2, I introduce OptoTGFBRs, a new optogenetic system to regulate Transforming growth factor β Receptor signaling pathway with spatiotemporal manner. Using blue light dependent hetero-interaction between Arabidopsis thaliana’s cryptochrome 2 and CIB1 protein, I develop chimeric TGF- $\beta$ receptor. Upon light illumination, OptoTGFBRs efficiently activates downstream signaling pathways, Smad2 phosphorylation and related gene expression.
세포는 외부 환경으로부터 오는 변화를 수용체를 통해서 인식하고, 그 신호를 세포 내부로 전달한다. 이를 통해서 세포 내에서 여러 기능들을 조절한다. 이러한 과정들은 매우 복잡하고, 시공간적으로 조절된다. 따라서, 광유전학을 사용해 세포 막 수용체의 활성을 빛으로 조절 할 수 있는 기술을 개발했다. 빛에 반응하여 동형결합을 하는 식물 단백질을 사용하여 세포 막 수용체 중 티로신인산화효소수용체의 하나인 섬유아세포성장인자 수용체 아형간의 활성을 단독으로 조절할 수 있는 기술을 개발하고, 이를 세포 이동 그리고 살아있는 생쥐에 도입하는 연구를 진행하였다. 또, 빛에 반응하여 이형결합을 하는 식물 단백질을 결합하여 형질전환생장인자 $\beta$ 수용체를 빛으로 조절하는 광유도 형질전환생장인자 $\beta$ 수용체를 개발하였다.
