Ligand-independent activation of receptor tyrosine kinases (RTKs) allows for dissecting out the receptor-specific signaling outcomes from the pleiotropic effects of the ligands. In this regard, RTK intracellular domains (ICD) are of interest due to their ability to recapitulate signaling activity in a ligand-independent manner when fused to chemical or optical dimerizing domains. A common strategy for synthetic activation of RTKs involves membrane tethering of dimerizer-RTK ICD fusions. Depending on the intrinsic signaling capacity, however, this approach could entail undesirable baseline signaling activity in the absence of stimulus, thereby diminishing the system's sensitivity. Here, we observed toxicity in early Xenopus laevis embryos when using such a conventional optogenetic design for the fibroblast growth factor receptor (FGFR). To surpass this challenge, we developed a cytoplasm-to-membrane translocation approach, where FGFR ICD is recruited from the cytoplasm to the plasma membrane by light, followed by its subsequent activation via homo-association. This strategy results in the optical activation of FGFR with low background activity and high sensitivity, which allows for the light-mediated formation of ectopic tail-like structures in developing X. laevis embryos. We further generalized this strategy by developing optogenetic platforms to control three neurotrophic tropomyosin receptor kinases, TrkA, TrkB, and TrkC. We envision that these ligand-independent optogenetic RTKs will provide useful toolsets for the delineation of signaling sub-circuits in developing vertebrate embryos.

中文翻译：

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在脊椎动物胚胎发育过程中调节受体酪氨酸激酶的通用光遗传学策略。

受体酪氨酸激酶 (RTK) 的配体非依赖性激活允许从配体的多效性效应中剖析受体特异性信号传导结果。在这方面，RTK 细胞内结构域 (ICD) 是令人感兴趣的，因为当它们与化学或光学二聚结构域融合时，它们能够以不依赖于配体的方式概括信号活性。RTKs 合成激活的一种常见策略包括二聚体-RTK ICD 融合的膜束缚。然而，根据内在的信号传递能力，这种方法可能会在没有刺激的情况下导致不良的基线信号活动，从而降低系统的灵敏度。在这里，我们在对成纤维细胞生长因子受体 (FGFR) 使用这种传统的光遗传学设计时观察到早期非洲爪蟾胚胎的毒性。为了克服这一挑战，我们开发了一种细胞质到膜的易位方法，其中 FGFR I​​CD 通过光从细胞质募集到质膜，然后通过同源结合激活。该策略导致具有低背景活性和高灵敏度的 FGFR 的光学激活，这允许在发育中的 X. laevis 胚胎中光介导形成异位尾状结构。我们通过开发光遗传学平台来控制三种神经营养性原肌球蛋白受体激酶 TrkA、TrkB 和 TrkC，进一步推广了这一策略。我们设想这些不依赖配体的光遗传学 RTK 将为描绘脊椎动物胚胎发育中的信号子电路提供有用的工具集。其中 FGFR I​​CD 通过光从细胞质募集到质膜，随后通过同源结合激活。该策略导致具有低背景活性和高灵敏度的 FGFR 的光学激活，这允许在发育中的 X. laevis 胚胎中光介导形成异位尾状结构。我们通过开发光遗传学平台来控制三种神经营养性原肌球蛋白受体激酶 TrkA、TrkB 和 TrkC，进一步推广了这一策略。我们设想这些不依赖配体的光遗传学 RTK 将为描绘脊椎动物胚胎发育中的信号子电路提供有用的工具集。其中 FGFR I​​CD 通过光从细胞质募集到质膜，随后通过同源结合激活。该策略导致具有低背景活性和高灵敏度的 FGFR 的光学激活，这允许在发育中的 X. laevis 胚胎中光介导形成异位尾状结构。我们通过开发光遗传学平台来控制三种神经营养性原肌球蛋白受体激酶 TrkA、TrkB 和 TrkC，进一步推广了这一策略。我们设想这些不依赖配体的光遗传学 RTK 将为描绘脊椎动物胚胎发育中的信号子电路提供有用的工具集。该策略导致具有低背景活性和高灵敏度的 FGFR 的光学激活，这允许在发育中的 X. laevis 胚胎中光介导形成异位尾状结构。我们通过开发光遗传学平台来控制三种神经营养性原肌球蛋白受体激酶 TrkA、TrkB 和 TrkC，进一步推广了这一策略。我们设想这些不依赖配体的光遗传学 RTK 将为描绘脊椎动物胚胎发育中的信号子电路提供有用的工具集。该策略导致具有低背景活性和高灵敏度的 FGFR 的光学激活，这允许在发育中的 X. laevis 胚胎中光介导形成异位尾状结构。我们通过开发光遗传学平台来控制三种神经营养性原肌球蛋白受体激酶 TrkA、TrkB 和 TrkC，进一步推广了这一策略。我们设想这些不依赖配体的光遗传学 RTK 将为描绘脊椎动物胚胎发育中的信号子电路提供有用的工具集。和 TrkC。我们设想这些不依赖配体的光遗传学 RTK 将为描绘脊椎动物胚胎发育中的信号子电路提供有用的工具集。和 TrkC。我们设想这些不依赖配体的光遗传学 RTK 将为描绘脊椎动物胚胎发育中的信号子电路提供有用的工具集。