蛋白质或细胞器的时空动态在控制各种细胞过程和疾病发展中起着至关重要的作用。然而，不能实现对细胞内不同位置的活性的急性控制。在《 Angewandte Chemie》杂志上，来自于默奥大学(瑞典)和马克斯·普朗克分子生理研究所(德国)的科学家提出了一种新的化学光遗传学方法，该方法能够对活细胞内多个亚细胞区室的活动进行可调，可逆和快速控制。 。

细胞需要对环境变化做出反应，并且需要平衡的信号传导系统在细胞内级联。细胞外，细胞表面上，细胞膜内以及细胞内的蛋白质编排了许多微调的信号通路，从而导致对环境条件的充分反应或生物本身的变化。细胞过程的时空组织，例如细胞信号传导，细胞极化和神经突生长，通常由分子或细胞器的亚细胞分布来调节。

单个蛋白质位于不同的亚细胞位置时可以执行不同的功能。一个例子是Rac1蛋白，它控制细胞内质膜上细胞骨架的形状，但是当它位于细胞核中时，它调节着核的形态。Rac1的核质穿梭在肿瘤侵袭中起重要作用。在神经元中，沿着轴突微管的双向运输在细胞器适当的亚细胞分布中起关键作用。其失调与神经退行性疾病有关。然而，对涉及不同细胞区室之间信号分子/细胞器的循环，运输或穿梭的复杂过程的分析仍然是一个重大挑战。

吴耀文小组最近成为了于默奥大学化学系的教授，该小组现在已经开发出一种称为“多向活性控制(MAC)”的新技术，该技术使得对细胞信号转导过程的实时研究成为可能。研究人员是开发在受控条件下实时观察细胞机制的方法的先驱。他们使用了可光活化的双化学诱导二聚化(pdCID)系统来控制细胞器和蛋白质在单个细胞中多个位置的定位。

该系统结合了两个化学反应，在单个细胞中形成蛋白质二聚体。其中之一可以由光控制。

“我们证明了我们的可光活化和化学诱导的二聚化系统可用于在单个细胞中以微调和多层的方式控制细胞器的功能和细胞信号传导途径，这是以前的现有方法无法实现的。我们将两种方法结合在一起以并行或竞争的方式构建模块化系统，以实现小分子和光对蛋白质或细胞器活动的多方向控制。”刚刚在北瑞典建立新实验室的吴耀文说。

该研究小组还可以表明，他们的新技术可以非常快速地诱导和观察不同的细胞反应，并且现在可以进行微扰研究，而这是使用传统遗传方法不可能实现的。

使用这种方法，科学家在单个细胞的细胞质，质膜和细胞核之间进行了多个Rac1穿梭循环。他们可以控制过氧化物酶体(参与分子氧化的细胞器)在两个方向上的运输，即到细胞外围，然后到细胞体，反之亦然。这就像在单元格中打台球一样，只是在微米级。