Галородопсин
 | Эта статья может быть слишком технической для понимания большинства читателей . ( Май 2016 г. ) |
| Галородопсин | |
|---|---|
 Визуализация карикатуры на галородопсин, выполненная Джавахаром Сваминатаном и сотрудниками MSD Европейского института биоинформатики. | |
| Идентификаторы | |
| Символ | Бак_родопсин |
| ИнтерПро | CD15243 |
| ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ 2 | 8071317 / ОБЛАСТЬ / СУПФАМ |
| TCDB | 3.Е.1.2.2 |
| Суперсемейство OPM | 6 |
| белок OPM | 76 |
Галородопсин представляет собой семитрансмембранный ретинилиденовый белок из микробного семейства родопсинов . Это хлорид-специфический активируемый светом ионный насос , обнаруженный у архей, известных как галобактерии . Он активируется зеленым светом с длиной волны примерно 578 нм. [1] Галорходопсин также имеет сходство последовательности с каналродопсином , светозависимым ионным каналом .
Галородопсин содержит незаменимое легкоизомеризуемое производное витамина А — трансретиналь . Благодаря стремлению к открытию 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 другие галогениды и нитраты в клетку . Поглощение хлорида калия клетками помогает поддерживать осмотический баланс во время роста клеток. Выполняя ту же задачу, анионные насосы со световым приводом 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 обнаружить 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 изученных опсинов типа I (микробного). Пиковое поглощение галородопсинового комплекса сетчатки составляет около 570 нм.
Так же, как ионный канал, активируемый синим светом, 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 подавлять возбудимые клетки. клетки с короткими импульсами желтого света. Таким образом, галородопсин и каналородопсин вместе обеспечивают многоцветную оптическую активацию, подавление и десинхронизацию нейронной активности, создавая мощный набор инструментов нейроинженерии. [2] [3]
Галородопсин из Natronomonas (NpHR) использовался для ингибирования потенциалов действия в нейронах систем млекопитающих. Поскольку световая активация NpHR приводит к притоку ионов хлора, что является частью естественного процесса генерации гиперполяризации, ингибирование, индуцированное NpHR, очень хорошо работает в нейронах. Исходные каналы NpHR при экспрессии в клетках млекопитающих проявляли тенденцию к накоплению в эндоплазматическом ретикулуме клеток. [4] Чтобы преодолеть проблемы внутриклеточной локализации, к последовательности NpHR был добавлен мотив экспорта ER. Этот модифицированный NpHR (названный eNpHR2.0) был успешно использован для стимулирования безагрегатной экспрессии NpHR на высоком уровне in vivo. [5] Однако даже модифицированная форма NpHR показала плохую локализацию на клеточной мембране . Для достижения более высокой мембранной локализации он был дополнительно модифицирован путем добавления сигнала экспорта Гольджи и сигнала мембранного транспорта из калиевого канала (Kir2.1). Добавление сигнала Kir2.1 значительно улучшило мембранную локализацию NpHR, и эта сконструированная форма NpHR была названа eNpHR3.0. [6]
История
[ редактировать ]Галородопсин был открыт в 1980 году у Halobacterium salinarum — солелюбивого (галофильного) типа архей . [7]
Этимология
[ редактировать ]Название Галородопсин имеет греческое происхождение, приставка гало- происходит от ἅλς ( háls), что означает «соль» или «море». [8] Суффикс -родопсин происходит от ῥόδον ( rhódon , «роза»), из-за его розоватого цвета, и ὄψις ( ópsis , «зрение»). [9]
Структура
[ редактировать ]Галородопсин сворачивается в топологию семитрансмембранной спирали и имеет третичную структуру (но не структуру первичной последовательности), аналогичную родопсинам позвоночных, пигментам, воспринимающим свет в сетчатке . [10]
Приложения
[ редактировать ]Галородопсин использовался в оптогенетике для гиперполяризации (ингибирования) определенных нейронов . Оптогенетика была предложена в качестве терапевтического подхода к неврологическим состояниям, для которых современные методы лечения не всегда эффективны, включая эпилепсию и болезнь Паркинсона . [11] NpHR использовался для ингибирования возбуждающих нейронов в субталамическом ядре гемипаркинсонических крыс, пораженных нейротоксином 6-OHDA . [11]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Халородопсин» . Институт биохимии Макса Планка . 8 апреля 2023 г.
- ^ Чжан Ф., Ван Л., Браунер М., Ливальд Дж., Кей К., Вацке Н., Вуд П., Бамберг Э., Нагель Г., Готшалк А., Дейссерот К. (апрель 2007 г.). «Мультимодальный быстрый оптический опрос нейронных цепей». Природа . 446 (7136): 633–639. дои : 10.1038/nature05744 . ПМИД 17410168 . S2CID 4415339 .
- ^ Хан X, Бойден ES (март 2007 г.). «Многоцветная оптическая активация, подавление и десинхронизация нейронной активности с временным разрешением в один пик» . ПЛОС ОДИН . 2 (3): е299. дои : 10.1371/journal.pone.0000299 . ПМК 1808431 . ПМИД 17375185 .
- ^ Градинару В., Томпсон К.Р., Дейссерот К. (август 2008 г.). «eNpHR: галородопсин Natronomonas, улучшенный для оптогенетических применений» . Биология клеток мозга . 36 (1–4): 129–39. дои : 10.1007/s11068-008-9027-6 . ПМК 2588488 . ПМИД 18677566 .
- ^ Градинару, Вивиана; Могри, М.; Томпсон, КР; Хендерсон, Дж. М.; Дейссерот, К. (2009). «Оптическая деконструкция паркинсонических нейронных цепей» . Наука . 324 (5925): 354–359. CiteSeerX 10.1.1.368.668 . дои : 10.1126/science.1167093 . ПМК 6744370 . ПМИД 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» . Клетка . 141 (1): 154–165. дои : 10.1016/j.cell.2010.02.037 . ПМК 4160532 . ПМИД 20303157 .
- ^ Мацуно-Яги, Акеми; Мукохата, Ясуо (1 января 1980 г.). «Синтез АТФ связан со светозависимым поглощением протонов в красном мутантном штамме Halobacterium, лишенном бактериородопсина» . Архив биохимии и биофизики . 199 (1): 297–303. дои : 10.1016/0003-9861(80)90284-2 . ISSN 0003-9861 .
- ^ "гало-" , Викисловарь , 17 марта 2023 г. , получено 8 апреля 2023 г.
- ^ «родопсин» , Викисловарь , 5 марта 2023 г. , получено 8 апреля 2023 г.
- ^ «Халородопсин» . Институт биохимии Макса Планка . 8 апреля 2023 г.
- ^ Jump up to: а б Цзи, Чжи-Ган; Исидзука, Тору; Яво, Хирому (1 января 2013 г.). «Каналродопсины - их потенциал в генной терапии неврологических расстройств» . Неврологические исследования . Белки фототрансдукции и их оптогенетические применения в нейробиологии. 75 (1): 6–12. дои : 10.1016/j.neures.2012.09.004 . ISSN 0168-0102 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Группа синтетической нейробиологии, Массачусетский технологический институт: галородопсин опосредует оптическое молчание нейронов
- Галородопсин в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- Ресурсный центр оптогенетики
- OpenOptogenetics.org, открытая вики по оптогенетике .
