Галородопсин - это ионный насос с регулируемым светом , специфичный для ионов хлора , обнаруженных в архее , известном как галобактерии . Это семимембранный ретинилиденовый белок из семейства микробных родопсинов . По своей третичной структуре (но не структуре первичной последовательности) он похож на родопсины позвоночных - пигменты, которые воспринимают свет в сетчатке . Halorhodopsin также имеет сходство последовательностей с channelrhodopsin , другим управляемым светом ионным каналом. Halorhodopsin содержит эфирное светло-isomerizable витамин А производное все-транс- ретиналя. Из-за пристального внимания к решению структуры и функции этой молекулы галородопсин является одним из немногих мембранных белков, кристаллическая структура которых известна.
Галородопсин использует энергию зеленого / желтого света для перемещения ионов хлора в клетку, преодолевая мембранный потенциал. Помимо хлоридов, он переносит в клетку другие галогениды и нитраты . Поглощение хлорида калия клетками помогает поддерживать осмотический баланс во время роста клеток. Выполняя ту же задачу, световые анионные насосы могут значительно сократить использование метаболической энергии. Галородопсин был предметом многочисленных исследований, и его структура точно известна. Его свойства аналогичны свойствам бактериородопсина, и эти два световых ионных насоса транспортируют катионы и анионы в противоположных направлениях.
Изоформы галородопсина можно найти у нескольких видов галобактерий, включая Halobacterium salinarum и Natronobacterium pharaonis . Многие текущие исследования изучают эти различия и используют их для анализа свойств фотоцикла и насоса. После бактериородопсина галородопсин может быть лучшим из исследованных опсинов типа I (микробного). Пиковое поглощение комплекса галородопсина на сетчатке составляет около 570 нм.
Так же, как активированный синим светом ионный канал родопсин-2 открывает способность активировать возбудимые клетки (такие как нейроны , мышечные клетки , клетки поджелудочной железы и иммунные клетки) короткими импульсами синего света, галородопсин открывает способность заглушать возбудимых. клетки с короткими импульсами желтого света. Таким образом, галородопсин и каналродопсин вместе обеспечивают многоцветную оптическую активацию, подавление и десинхронизацию нейронной активности, создавая мощный набор инструментов нейроинженерии. [1] [2]
Halorhodopsin от Natronomonas (NpHR) был использован для достижения ингибирования потенциалов действия в нейронах в системах млекопитающих. Поскольку световая активация NpHR приводит к притоку ионов хлора, который является частью естественного процесса генерации гиперполяризации, ингибирование, индуцированное NpHR, очень хорошо работает в нейронах. Исходные каналы NpHR при экспрессии в клетках млекопитающих проявляли тенденцию накапливаться в эндоплазматическом ретикулуме клеток. [3] Чтобы преодолеть проблемы субклеточной локализации, к последовательности NpHR был добавлен мотив экспорта ER. Этот модифицированный NpHR (названный eNpHR2.0) был успешно использован для управления свободным от агрегатов высоким уровнем экспрессии NpHR in vivo. [4] Однако даже модифицированная форма NpHR показала плохую локализацию на клеточной мембране . Для достижения более высокой мембранной локализации он был дополнительно модифицирован добавлением сигнала экспорта Гольджи и сигнала переноса через мембрану из калиевого канала (Kir2.1). Добавление сигнала Kir2.1 значительно улучшило мембранную локализацию NpHR, и эта сконструированная форма NpHR была названа eNpHR3.0 [5]
Как инструмент исследования
Галородопсин используется в оптогенетике для гиперполяризации (или ингибирования) определенных нейронов .
Рекомендации
- ^ Zhang F, Wang L, Brauner M, Liewald J, Kay K, Watzke N, Wood P, Bamberg E, Nagel G, Gottschalk A, Deisseroth K (апрель 2007 г.). «Мультимодальный быстрый оптический опрос нейронных схем». Природа . 446 (7136): 633–639. DOI : 10,1038 / природа05744 . PMID 17410168 .
- ^ Хан X, Бойден ES (март 2007 г.). «Многоцветная оптическая активация, подавление и десинхронизация нейронной активности с временным разрешением в виде одного спайка» . PLoS ONE . 2 (3): e299. DOI : 10.1371 / journal.pone.0000299 . PMC 1808431 . PMID 17375185 .
- ^ Градинару В., Томпсон К.Р., Дейссерот К. (август 2008 г.). «eNpHR: halorhodopsin Natronomonas, усиленный для оптогенетических применений» . Клеточная биология мозга . 36 (1–4): 129–39. DOI : 10.1007 / s11068-008-9027-6 . PMC 2588488 . PMID 18677566 .
- ^ Градинару, Вивиана; Могри, М .; Томпсон, КР; Хендерсон, JM; Deisseroth, K (2009). «Оптическая деконструкция нервной системы паркинсонизма» . Наука . 324 (5925): 354–359. CiteSeerX 10.1.1.368.668 . DOI : 10.1126 / science.1167093 . PMC 6744370 . PMID 19299587 .
- ^ Градинару, Вивиана; Фэн Чжан; Чару Рамакришнан; Джоанна Мэттис; Рохит Пракаш; Илка Дистер; Инбал Гошен; Кимберли Р. Томпсон; Карл Дейссерот (2010). «Молекулярные и клеточные подходы к диверсификации и расширению оптогенетики» . Cell . 141 (1): 154–165. DOI : 10.1016 / j.cell.2010.02.037 . PMC 4160532 . PMID 20303157 .
Внешние ссылки
- Группа синтетической нейробиологии, Массачусетский технологический институт: галородопсин, опосредующий оптическое молчание нейронов
- Галородопсин в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- Ресурсный центр по оптогенетике
- OpenOptogenetics.org, открытая вики по оптогенетике .