Optochemical Manipulation of Cellular Signaling in Live Cell

Abstract

Increasing evidence has shown that investigation method for the signaling pathway using the average bulk cell measurements like western blot confuse understanding mechanisMaster and information emerging from cell-to-cell variability. Here, we use easy and generalizable technology, ERK-KTR to confirm single cell ki-nase activity based on fluorescence imaging approaches. This technology converts phosphorylation into a nu-cleocytoplasmic shuttling event and enable measurements of dynamic, responses, signaling pathway in single cells. Moreover, we can apply other target signaling protein to it by converting protein sequence, so investi-gate diverse signaling pathway. Using nitric oxide (NO) delivery system, we measured dynamics of ERK sig-naling pathway that controls cell proliferation. Focus on endogenous and exogenous NO delivery, we applied the NO from different spatial regions and showed the first direct evidence that endogenous and exogenous NO result in different dynamics for ERK activation in single cell level analysis. Therefore, our approach will be broadly useful as a new complementary tool for investigating signaling pathways.|본 논문은 다양한 일산화 질소가 세포외적의 신호조절 인산화효소 (ERK)의 활성에 대해서 어떤 영향을 미치는지에 대해 연구하였다. 최근에 웨스턴 블랏과 같은 대규모의 세포에서 평균적인 신호전달 체계를 측정하는 조사 방법들은 세포와 세포 사이의 가변성으로부터 나오는 정보와 메커니즘을 이해하는 것이 어렵다는 증거들이 나오고 있다. 본 논문에서 우리는 형광 이미지에 대한 접근으로 하나의 세포에서의 인산화효소 활성화를 확인하기위해 쉽고 널리 이용될 수 있는 인산화효소 이동 리포터 (KTR) 기술을 사용하였다. 이러한 기술은 인산화 작용을 핵에서 세포질로의 이동으로 변환하여서 하나의 세포에서의 신호전달 체계의 반응과 역동성을 측정할 수 있게 한다. 나아가, 이 기술은 다양한 신호전달 체계를 조사하기 위해서 목표 단백질의 서열로 바꿈으로써 다른 목표하는 신호전달 단백질에도 적용할 수 있다. 본 논문에서 우리는 일산화 질소 전달 체계를 이용하여서 세포 증식을 조절하는 세포외적의 신호조절 인산화효소 (ERK) 신호 전달체계의 역동성을 측정하였다. 세포 내적, 외적으로의 일산화 질소 전달에 집중하여서, 우리는 일산화질소를 공간적 차이를 두고 세포에 적용하였고 하나의 세포 단위의 분석으로 일산화질소의 내적, 외적으로의 전달이 세포 외적의 신호조절 인산화효소의 활성화에 대해 다른 역동성을 가지고 있다는 직접적 증거를 보았다. 그러므로, 우리는 이러한 접근이 신호전달 체계를 연구하기위한 새로운 상호보완적 도구로 널리 이용될 수 있다고 생각한다.