✖


Jump to content

Анионпроводящий каналродопсин

    Add links
    структура iChloC
    потребовалось 5 точечных мутаций Рисунок 1: Для создания iChloC из катионпроводящего Channelrhodopsin-2 . [1]

    Анионопроводящие каналы родопсины представляют собой светозапираемые ионные каналы , которые открываются в ответ на свет и позволяют отрицательно заряженным ионам (таким как хлорид) проникать в клетку. Все каналородопсины используют ретиналь в качестве светочувствительного пигмента, но они различаются по ионной селективности. Анион-проводящие каналы родопсины используются в качестве инструментов для управления активностью мозга у мышей, плодовых мух и других модельных организмов ( оптогенетика ). Нейроны, экспрессирующие анионопроводящие каналы родопсины, замолкают при освещении светом — эффект, который использовался для исследования обработки информации в мозге. Например, подавление дендритных спайков кальция в определенных нейронах с помощью света снизило способность мышей воспринимать легкое прикосновение к усам. [2] Изучение того, как меняется поведение животного, когда определенные нейроны молчат, позволяет ученым определить роль этих нейронов в сложных цепях, контролирующих поведение.

    Первые анионпроводящие каналы родопсины были созданы из катионопроводящего светозависимого канала Channelrhodopsin-2 путем удаления отрицательно заряженных аминокислот из поры канала (рис. 1). [3] Поскольку основным анионом внеклеточной жидкости является хлорид (Cl − ), анионпроводящие каналородопсины также известны как «хлоридпроводящие каналородопсины» (ChloCs). Природные анионпроводящие каналородопсины (ACR) впоследствии были идентифицированы в криптофитных водорослях. [4] [5] [6] Недавно была расшифрована кристаллическая структура природного GtACR1, что открыло путь для дальнейшей белковой инженерии. [7] [8]

    Структура связанного с бромидом GtACR1 ( PDB: 7LE1 ). Две серые плоскости обозначают углеводородные границы липидного бислоя и были рассчитаны с помощью алгоритма ANVIL. [9]

    Варианты

    [ редактировать ]
    имя вид происхождения поглощение ссылка свойства, применение
    медленныйChloC Хламидомонада Рейнхардти синий Витек и др. 2014 г. [3] первое поколение, смешанная проводимость
    iC1C2 Хламидомонада Рейнхардти синий Берндт и др. 2014 год [10] первое поколение, смешанная проводимость
    iChloC Хламидомонада Рейнхардти синий Витек и др. 2015 г. [1] торможение восприятия у мышей [2]
    iC++ Хламидомонада Рейнхардти синий Берндт и др. 2016 год [11] подавление сна у мышей [12]
    GT ACR1 Гильярдия тета зеленый Govorunova et al. 2015 [4] торможение поведения у дрозофилы [13] [14] ингибирование клеток сердечной мышцы крысы [15] подавление голографических спайков в коре головного мозга мыши [16]
    GT ACR1(C102A) Гильярдия тета зеленый горит

    красный выключен

    		Govorunova et al. 2018 [6] бистабильный
    GT ACR1(R83Q/N239Q) ФЛЕШ Гильярдия тета зеленый горит Като и др. 2018 год [7] очень быстрое закрытие, большие токи

    ингибирование плавания C. elegans , ингибирование шипования у мышей [7]

    GT ACR2 Гильярдия тета синий Govorunova et al. 2015 [4] торможение поведения у дрозофилы [13] торможение угасания страха у мышей [17]
    PsACR1 Протеомонас сульката зеленый Витек и др. 2016, [18] Govorunova et al. 2016 [19] большие течения
    ЗипАКР Протеомонас сульката зеленый Govorunova et al. 2017 [5] очень быстро
    РапАКР Родомонас Салина зеленый Govorunova et al. 2018 [6] очень быстрые, большие течения
    СвиЧР++ Хламидомонада Рейнхардти синий включен

    красный выключен

    		Берндт и др. 2016 год [11] бистабильный
    Фобос, Калифорния Хламидомонада Рейнхардти синий включен

    красный выключен

    		Витек и др. 2017 г. [20] бистабильный
    Аврора Хламидомонада Рейнхардти оранжево-красный Витек и др. 2017 г. [20] остановить передвижение дрозофилы личинок
    Русалки неизвестный зеленый Опперманн и др. 2019 год [21] быстро инактивирующий

    Приложения

    [ редактировать ]

    Родопсины анионопроводящих каналов (ACR) использовались в качестве оптогенетических инструментов для ингибирования активации нейронов. При экспрессии в нервных клетках ACRs действуют как светозависимые хлоридные каналы . Их влияние на активность нейрона сравнимо с ГАМК А рецепторами , лиганд-управляемыми хлоридными каналами, обнаруженными в тормозных синапсах : поскольку концентрация хлоридов в зрелых нейронах очень низка, освещение приводит к входящему потоку отрицательно заряженных ионов, зажимающему нейрон. при хлоридном реверсивном потенциале (- 65 мВ). В этих условиях возбуждающие синаптические входы не способны эффективно деполяризовать нейрон. Этот эффект известен как шунтирующее торможение (в отличие от торможения гиперполяризацией ). Освещение дендрита предотвращает образование дендритных шипов кальция , в то время как освещение всего нейрона блокирует инициацию потенциала действия в ответ на сенсорную стимуляцию. [2] [1] Однако окончания аксонов имеют более высокую концентрацию хлоридов и поэтому возбуждаются ACR. [22] Для ингибирования нейронов широкопольным освещением оказалось полезным ограничить ACR соматическим компартментом (варианты ST). [17] [16]

    Благодаря высокой светочувствительности ACR можно активировать тусклым светом, который не мешает зрительной стимуляции даже у очень мелких животных, таких как плодовая мушка Drosophila . [14] В сочетании с катионопроводящим каналом родопсином, чувствительным к красному свету, ACR обеспечивают двунаправленный контроль нейронов: подавление синим светом, активация красным светом («биполи»). [23]

    Дальнейшее чтение

    [ редактировать ]

    Neuron Review (2017): Замалчивание нейронов: инструменты, приложения и экспериментальные ограничения [24]

    Основной момент исследования: лучший способ отключить нейроны [25]

    Перспектива: расширение инструментария оптогенетики [26]

    Связанный: Галородопсин с легким приводом , хлоридный насос

    Ссылки

    [ редактировать ]
    1. ^ Перейти обратно: а б с Витек, Йонас; Бельтрамо, Риккардо; Сканциани, Массимо; Хегеманн, Питер; Эртнер, Томас Г.; Вигерт, Дж. Саймон (7 октября 2015 г.). «Улучшенный родопсин, проводящий хлориды, для фотоиндуцированного ингибирования активности нейронов in vivo» . Научные отчеты . 5 : 14807. Бибкод : 2015NatSR...514807W . дои : 10.1038/srep14807 . ISSN   2045-2322 . ПМЦ   4595828 . ПМИД   26443033 .
    2. ^ Перейти обратно: а б с Такахаши, Наоя; Эртнер, Томас Г.; Хегеманн, Питер; Ларкум, Мэтью Э. (23 декабря 2016 г.). «Активные кортикальные дендриты модулируют восприятие». Наука . 354 (6319): 1587–1590. Бибкод : 2016Sci...354.1587T . дои : 10.1126/science.aah6066 . ISSN   0036-8075 . ПМИД   28008068 . S2CID   28317052 .
    3. ^ Перейти обратно: а б Витек, Йонас; Вигерт, Дж. Саймон; Адеишвили, Нона; Шнайдер, Франциска; Ватанабэ, Хироши; Цунода, Сатоши П.; Фогт, Аренд; Эльстнер, Маркус; Эртнер, Томас Г.; Хегеманн, Питер (25 апреля 2014 г.). «Превращение каналородопсина в светозакрываемый хлоридный канал» . Наука . 344 (6182): 409–412. Бибкод : 2014Sci...344..409W . дои : 10.1126/science.1249375 . ISSN   0036-8075 . ПМИД   24674867 . S2CID   206554245 .
    4. ^ Перейти обратно: а б с Говорунова Елена Георгиевна; Синещеков Олег А.; Янц, Роджер; Лю, Сяоцинь; Спудич, Джон Л. (7 августа 2015 г.). «Естественные светозависимые анионные каналы: семейство микробных родопсинов для передовой оптогенетики» . Наука . 349 (6248): 647–650. Бибкод : 2015Sci...349..647G . дои : 10.1126/science.aaa7484 . ISSN   0036-8075 . ПМЦ   4764398 . ПМИД   26113638 .
    5. ^ Перейти обратно: а б Говорунова Елена Георгиевна; Синещеков Олег А.; Родарте, Эльза М.; Янц, Роджер; Морель, Оливье; Мелконян, Михаил; Вонг, Гейн К.-С.; Спудич, Джон Л. (3 марта 2017 г.). «Расширяющееся семейство природных анионных родопсинов обнаруживает большие различия в кинетике, проводимости и спектральной чувствительности» . Научные отчеты . 7 : 43358. Бибкод : 2017NatSR...743358G . дои : 10.1038/srep43358 . ISSN   2045-2322 . ПМЦ   5335703 . ПМИД   28256618 .
    6. ^ Перейти обратно: а б с Говорунова Елена Георгиевна; Синещеков Олег А.; Хеммати, Рахеле; Янц, Роджер; Морель, Оливье; Мелконян, Михаил; Вонг, Гейн К.-С.; Спудич, Джон Л. (01 мая 2018 г.). «Расширение временного интервала молчания нейронов с помощью криптофитных анионных каналородопсинов» . эНейро . 5 (3): ЭНЕВРО.0174–18.2018. дои : 10.1523/ENEURO.0174-18.2018 . ISSN   2373-2822 . ПМК   6051594 . ПМИД   30027111 .
    7. ^ Перейти обратно: а б с Като, Хидеаки Э.; Ким, Юн Сок; Пагги, Джозеф М.; Эванс, Кэтрин Э.; Аллен, Уильям Э.; Ричардсон, Клэр; Иноуэ, Кейичи; Ито, Шота; Рамакришнан, Чару (29 августа 2018 г.). «Структурные механизмы селективности и пропускания родопсинов анионных каналов» . Природа . 561 (7723): 349–354. Бибкод : 2018Natur.561..349K . дои : 10.1038/s41586-018-0504-5 . ISSN   0028-0836 . ПМК   6317992 . ПМИД   30158697 .
    8. ^ Ким, Юн Сок; Като, Хидеаки Э.; Ямасита, Кейтаро; Ито, Шота; Иноуэ, Кейичи; Рамакришнан, Чару; Фенно, Лиф Э.; Эванс, Кэтрин Э.; Пагги, Джозеф М. (29 августа 2018 г.). «Кристаллическая структура природного анионпроводящего канала родопсина GtACR1» . Природа 561 (7723): 343–348. Бибкод : 2018Природа.561..343К . дои : 10.1038/ s41586-018-0511-6 ISSN   0028-0836 . ПМК   6340299 . ПМИД   30158696 .
    9. ^ Постик, Гийом; Гузам, Ясин; Гиро, Винсент; Желе, Жан-Кристоф (2016). «Мембранное позиционирование белковых структур высокого и низкого разрешения с помощью подхода бинарной классификации» . Белковая инженерия, проектирование и отбор . 29 (3): 87–91. дои : 10.1093/протеин/gzv063 . ПМИД   26685702 .
    10. ^ Берндт, Андре; Ли, Су Юн; Рамакришнан, Чару; Дейсерот, Карл (25 апреля 2014 г.). «Структурно-ориентированная трансформация канального родопсина в светоактивируемый хлоридный канал» . Наука . 344 (6182): 420–424. Бибкод : 2014Sci...344..420B . дои : 10.1126/science.1252367 . ISSN   0036-8075 . ПМК   4096039 . ПМИД   24763591 .
    11. ^ Перейти обратно: а б Берндт, Андре; Ли, Су Юн; Витек, Йонас; Рамакришнан, Чару; Стейнберг, Элизабет Э.; Рашид, Асим Дж.; Ким, Хосок; Пак, Сунгмо; Санторо, Адам (26 января 2016 г.). «Структурные основы оптогенетики: факторы, определяющие селективность ионов канального родопсина» . Труды Национальной академии наук . 113 (4): 822–829. Бибкод : 2016PNAS..113..822B . дои : 10.1073/pnas.1523341113 . ISSN   0027-8424 . ПМЦ   4743797 . ПМИД   26699459 .
    12. ^ Чунг, Синдже; Вебер, Франц; Чжун, Пэн; Тан, Чан Лек; Нгуен, Тхук Нги; Бейер, Кевин Т.; Хёрманн, Николай; Чанг, Вэй-Чэн; Чжан, Чжэ (2017). «Идентификация преоптических нейронов сна с использованием ретроградной маркировки и профилирования генов» . Природа . 545 (7655): 477–481. Бибкод : 2017Natur.545..477C . дои : 10.1038/nature22350 . ПМЦ   5554302 . ПМИД   28514446 .
    13. ^ Перейти обратно: а б Мохаммед, Фархан; Стюарт, Джеймс С; Отт, Станислав; Хлебикова, Катарина; Чуа, Цзя И; Кох, Тонг-Вей; Эй, Хосес! Кларидж-Чанг, Адам (2017). «Оптогенетическое торможение поведения с помощью анионных канальных родопсинов». Природные методы . 14 (3): 271–274. дои : 10.1038/nmeth.4148 . ПМИД   28114289 . S2CID   4133602 .
    14. ^ Перейти обратно: а б Мосс, Алекс С.; Буш, Кристиан; Борст, Александр (23 октября 2017 г.). «Оптогенетическое замалчивание нейронов у дрозофилы во время обработки изображений» . Научные отчеты . 7 (1): 13823. Бибкод : 2017НатСР...713823М . дои : 10.1038/s41598-017-14076-7 . ISSN   2045-2322 . ПМЦ   5653863 . ПМИД   29061981 .
    15. ^ Говорунова Елена Георгиевна; Кунья, Шейн Р.; Синещеков Олег А.; Спудич, Джон Л. (15 сентября 2016 г.). «Анионные канальные родопсины для тормозной сердечной оптогенетики» . Научные отчеты . 6 (1): 33530. Бибкод : 2016НатСР...633530Г . дои : 10.1038/srep33530 . ISSN   2045-2322 . ПМК   5024162 . ПМИД   27628215 .
    16. ^ Перейти обратно: а б Мардинли, Алан Р.; Ольденбург, Ян Антон; Пегар, Николя К.; Шридхаран, Савита; Лайалл, Эван Х.; Чеснов Кирилл; Брохон, Стивен Г.; Уоллер, Лаура; Адесник, Гилель (30 апреля 2018 г.). «Точный мультимодальный оптический контроль активности нейронных ансамблей» . Природная неврология . 21 (6): 881–893. дои : 10.1038/s41593-018-0139-8 . ISSN   1097-6256 . ПМК   5970968 . ПМИД   29713079 .
    17. ^ Перейти обратно: а б Ман, Матиас; Гибор, Лихи; Малина, Катаюн Коэн-Каши; Патил, Притиш; Принц, Йоав; Оринг, Шир; Леви, Ривка; Лампл, Илан; Ижар, Офер (2018). «Высокоэффективное оптогенетическое подавление с помощью родопсинов, нацеленных на сому, анионопроводящих каналов» . Природные коммуникации . 9 (1): 4125. Бибкод : 2018NatCo...9.4125M . дои : 10.1038/s41467-018-06511-8 . ПМК   6175909 . ПМИД   30297821 .
    18. ^ Витек, Йонас; Брозер, Матиас; Краузе, Бенджамин С.; Хегеманн, Питер (19 февраля 2016 г.). «Идентификация природного хлорида, проводящего зеленый свет, родопсина из Proteomonas sulcata» . Журнал биологической химии . 291 (8): 4121–4127. дои : 10.1074/jbc.M115.699637 . ISSN   0021-9258 . ПМЦ   4759187 . ПМИД   26740624 .
    19. ^ Говорунова Елена Георгиевна; Синещеков Олег А.; Спудич, Джон Л. (01 февраля 2016 г.). «Proteomonas sulcata ACR1: быстрый анионный каналродопсин» . Фотохимия и фотобиология . 92 (2): 257–263. дои : 10.1111/php.12558 . ПМЦ   4914479 . ПМИД   26686819 .
    20. ^ Перейти обратно: а б Витек, Йонас; Родригес-Розада, Сильвия; Тутас, Джанин; Тенедини, Федерико; Гримм, Кристиана; Эртнер, Томас Г.; Соба, Питер; Хегеманн, Питер; Вигерт, Дж. Саймон (ноябрь 2017 г.). «Анионпроводящие канальные родопсины с настроенными спектрами и модифицированной кинетикой, разработанные для оптогенетического манипулирования поведением» . Научные отчеты . 7 (1): 14957. Бибкод : 2017NatSR...714957W . дои : 10.1038/s41598-017-14330-y . ISSN   2045-2322 . ПМЦ   5668261 . ПМИД   29097684 .
    21. ^ Опперманн, Йоханнес; Фишер, Пол; Силапетере, Арита; Липе, Бернхард; Родригес-Розада, Сильвия; Флорес-Урибе, Хосе; Питер, Энрико; Кайдель, Анке; Виерок, Йоханнес; Кауфманн, Джоэл; Брозер, Матиас (25 июля 2019 г.). «MerMAID: семейство метагеномно обнаруженных морских анионпроводящих и сильно десенсибилизирующих канальных родопсинов» . Природные коммуникации . 10 (1): 3315. Бибкод : 2019NatCo..10.3315O . дои : 10.1038/s41467-019-11322-6 . ISSN   2041-1723 . ПМК   6658528 . ПМИД   31346176 .
    22. ^ Ман, Матиас; Пригге, Матиас; Рон, Шири; Леви, Ривка; Ижар, Офер (2016). «Биофизические ограничения оптогенетического торможения на пресинаптических терминалях» . Природная неврология . 19 (4): 554–556. дои : 10.1038/nn.4266 . ПМЦ   4926958 . ПМИД   26950004 .
    23. ^ Вирок, Йоханнес; Родригес-Розада, Сильвия; Дитер, Александр; Пипер, Флориан; Симс, Рут; Тенедини, Федерико; Бергс, Амели CF; Бендифаллах, Имане; Чжоу, Фанминь; Цейтшель, Надя; Альбек, Иоахим (26 июля 2021 г.). «BiPOLES — это оптогенетический инструмент, разработанный для двунаправленного двухцветного контроля нейронов» . Природные коммуникации . 12 (1): 4527. Бибкод : 2021NatCo..12.4527V . дои : 10.1038/s41467-021-24759-5 . ISSN   2041-1723 . ПМЦ   8313717 . ПМИД   34312384 .
    24. ^ Вигерт, Дж. Саймон; Ман, Матиас; Пригге, Матиас; Принц, Йоав; Ижар, Офер (2017). «Заглушение нейронов: инструменты, приложения и экспериментальные ограничения» . Нейрон . 95 (3): 504–529. дои : 10.1016/j.neuron.2017.06.050 . ПМК   5830081 . ПМИД   28772120 .
    25. ^ Еванько, Даниэль (2014). «Нейронаука: лучший способ отключить нейроны» . Природные методы . 11 (6): 608. doi : 10.1038/nmeth.2988 . S2CID   1699434 .
    26. ^ Берндт, Андре; Дейссерот, Карл (07 августа 2015 г.). «Расширение инструментария оптогенетики» . Наука . 349 (6248): 590–591. Бибкод : 2015Sci...349..590B . doi : 10.1126/science.aac7889 . ISSN   0036-8075 . ПМЦ   4776750 . ПМИД   26250674 .
    Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Anion-conducting_channelrhodopsin&oldid=1234936783"
    Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
    Arc.Ask3.Ru
    Номер скриншота №: 83b5dd4090470e0a112920b24af22d91__1721157780
    URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/83/91/83b5dd4090470e0a112920b24af22d91.html
    Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
    Anion-conducting channelrhodopsin - Wikipedia
    Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)