Обнаружено второе светоактивируемое состояние в ионном канале водоросли для будущей оптогенетики
Исследователи из Бохума и Регенсбурга обнаружили, что светочувствительный ионный канал из водоросли Guillardia theta обладает двумя светоактивируемыми состояниями. Новое второе состояние обеспечивает особенно быстрое повторное открытие канала после его закрытия.
Это делает его перспективным для оптогенетики — метода, с помощью которого учёные контролируют активность нейронов светом. Результаты опубликованы в журнале Communications Biology.
Оптогенетика с терапевтическим потенциалом
В оптогенетике определённые нейроны генетически модифицируют для производства светочувствительных белков. "Когда свет попадает на эти белки, они меняют свою структуру, активируя или подавляя клетки", — объясняет профессор Тилль Рудак.
Метод рассматривается для лечения болезней, например, болезни Паркинсона, чтобы реактивировать повреждённые нейроны и восстановить моторику. Для этого необходимо лучше понять светочувствительные белки и найти оптимальные кандидаты.
Один из хорошо изученных белков — ионный канал GtACR1 (каналродопсин) из водоросли Guillardia theta. При активации светом его пора открывается, пропуская отрицательно заряженные ионы, например, хлорид.
Высокоэффективный ионный канал
Используя инфракрасную спектроскопию с преобразованием Фурье, команда показала, почему GtACR1 так эффективен. Они обнаружили у него два светоактивируемых состояния:
- Известное основное состояние (присутствует в темноте).
- Новое O-промежуточное состояние.
В обычном фотocyкле каналродопсинов O-промежуточное состояние предшествует основному на несколько секунд. Однако в GtACR1, в отличие от других каналродопсинов, O-промежуточное состояние также активируется светом благодаря конфигурации ретиналя — строительного блока, который служит прямым световым сенсором.
"Второе светоактивируемое состояние обеспечивает особенно быстрое повторное открытие канала, что значительно увеличивает его ионную проводимость", — объясняет доктор Кристин Лабудда.
Для оптогенетики более высокая проводимость означает возможность очень точного и специфичного воздействия на клетки.
Выводы и перспективы
"Мы впервые обнаружили каналродопсин с несколькими светоактивируемыми состояниями", — подводит итог доцент Карстен Кёттинг. — "Путём мутаций, вероятно, можно создать дополнительные светоактивируемые состояния в других каналродопсинах, повысив их эффективность.
Эти открытия могут проложить путь к созданию более эффективных инструментов в оптогенетике с многообещающими перспективами для науки и медицины".