Фотоактивируемая аденилатциклаза

Структура фотоактивированной аденилатциклазы OaPAC, образующей гомодимер. FMN: флавинмононуклеотид, светопоглощающий пигмент. ^{[ 1 ]}

Фотоактивируемая аденилатциклаза (PAC) представляет собой белок, состоящий из аденилатциклазы, ферментного домена непосредственно связанного с BLUF доменом светочувствительного датчика типа (рецептор синего света с использованием FAD). При освещении синим светом ферментный домен становится активным и превращает АТФ в цАМФ , важный вторичный мессенджер во многих клетках. У одноклеточных жгутиковых Euglena gracilis PACα и PACβ (euPACs) служат фоторецепторным комплексом, который воспринимает свет для фотофобных реакций и фототаксиса . ^{[ 2 ]} Небольшие, но мощные PAC были идентифицированы в геноме бактерий Beggiatoa (bPAC) и Oscillatoria acuminata (OaPAC). ^{[ 3 ]}^{[ 1 ]} Хотя природный bPAC обладает некоторой ферментативной активностью в отсутствие света, были созданы варианты без темновой активности (PACmn). ^{[ 4 ]}

Использование PAC в качестве оптогенетических инструментов

Поскольку PAC состоят из сенсора света и фермента в одном белке, они могут экспрессироваться в других видах и типах клеток, чтобы манипулировать уровнями цАМФ с помощью света. Когда bPAC экспрессируется в сперматозоидах мышей , освещение синим светом ускоряет плавание трансгенных сперматозоидов и способствует оплодотворению . ^{[ 5 ]} При экспрессии в нейронах освещение меняет структуру ветвления растущих аксонов . ^{[ 6 ]} PAC использовался на мышах для выяснения функции нейронов гипоталамуса , которые используют передачу сигналов цАМФ для контроля брачного поведения. ^{[ 7 ]} Экспрессия PAC вместе с K ⁺-специфические ионные каналы, управляемые циклическими нуклеотидами (CNG), использовались для гиперполяризации нейронов при очень низких уровнях освещенности, что не позволяет им запускать потенциалы действия. ^{[ 8 ]}^{[ 9 ]}

Родопсингуанилилциклазы

Фотоактивируемые гуанилилциклазы обнаружены у водных грибов Blastoladiella emersonii. ^{[ 10 ]}^{[ 11 ]} и катенарийский угорь ^{[ 12 ]} В отличие от PAC, эти светоактивируемые циклазы используют ретиналь в качестве сенсора света и, следовательно, являются родопсингуанилилциклазами (RhGC). При экспрессии в Xenopus ооцитах или нейронах млекопитающих RhGC генерируют цГМФ в ответ на зеленый свет. ^{[ 12 ]} Следовательно, они считаются полезными оптогенетическими инструментами для изучения передачи сигналов цГМФ . ^{[ 13 ]}

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Оки, Мио; Сугияма, Канако; Каваи, Фумихиро; Танака, Хитоми; Нихей, Юки; Унзай, Сатору; Такэбе, Масуми; Мацунага, Сигэру; Адачи, Синъити; Сибаяма, Наоя; Чжоу, Чживэнь (31 мая 2016 г.). «Структурное понимание фотоактивации аденилатциклазы фотосинтезирующих цианобактерий» . Труды Национальной академии наук . 113 (24): 6659–6664. Бибкод : 2016PNAS..113.6659O . дои : 10.1073/pnas.1517520113 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 4914150 . ПМИД 27247413 .
^ Исеки, Минео, Мураками, Оно, Каору; Сугай, Митизо; Хори, Терумицу, Масакацу; -активируемая светом аденилатциклаза опосредует фотоизбегание у эвглены . грацилис 415 (6875): 1047–1051. Bibcode:2002Natur.415.1047I. doi:10.1038/4151047a. ISSN 1476-4687. PMID 11875575. S2CID 4420996
^ Стирл, Мануэла; Штумпф, Патрик; Удвари, Дэниел; Гуэта, Ронни; Хагедорн, Рольф; Лоси, Аба; Гертнер, Вольфганг; Петерайт, Линда; Ефетова Марина; Шварцель, Мартин; Эртнер, Томас Г. (14 января 2011 г.). «Световая модуляция клеточного цАМФ небольшой бактериальной фотоактивируемой аденилатциклазой, bPAC, почвенной бактерии Beggiatoa» . Журнал биологической химии . 286 (2): 1181–1188. дои : 10.1074/jbc.M110.185496 . ISSN 0021-9258 . ПМК 3020725 . ПМИД 21030594 .
^ Ян, Шан; Константин, Оана М.; Сачиданандан, Дивья; Хофманн, Ханнес; Кунц, Тобиас К.; Козьяк-Павлович Вера; Эртнер, Томас Г.; Нагель, Георг; Киттель, Роберт Дж.; Ну и дела, Кристин Э.; Гао, Шицян (18 октября 2021 г.). «PACmn для улучшения оптогенетического контроля внутриклеточного цАМФ» . БМК Биология . 19 (1): 227. дои : 10.1186/s12915-021-01151-9 . ISSN 1741-7007 . ПМЦ 8522238 . ПМИД 34663304 .
^ Янсен, Вера; Альварес, Луис; Бальбах, Мелани; Стрюнкер, Тимо; Хегеманн, Питер; Каупп, У Бенджамин; Вахтен, Дагмар (20 января 2015 г.). «Контроль оплодотворения и передачи сигналов цАМФ в сперме с помощью оптогенетики» . электронная жизнь . 4 : e05161. doi : 10.7554/eLife.05161 . ISSN 2050-084X . ПМЦ 4298566 . ПМИД 25601414 .
^ Чжоу, Живэнь; Танака, Кенджи Ф.; Мацунага, Сигэру; Смейся, Минео; Ватанабэ, Масакацу; Мацуки, Норио; Икегая, Юджи; Кояма, Рюта (22 января 2016 г.). «Фотоактивированная аденилатциклаза (PAC) раскрывает новые механизмы, лежащие в основе цАМФ-зависимого морфогенеза аксонов» . Научные отчеты 6 (1): 19679. Бибкод : 2016NatSR...519679Z . дои : 10.1038/srep19679 . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 4726437 . ПМИД 26795422 .
^ Чжан, Стивен X.; Лутас, Эндрю; Ян, Шан; Диас, Адриана; Флюр, Хьюго; Нагель, Георг; Гао, Шицян; Андерманн, Марк Л. (9 сентября 2021 г.). «Гипоталамические дофаминовые нейроны мотивируют спаривание посредством постоянной передачи сигналов цАМФ» . Природа . 597 (7875): 245–249. Бибкод : 2021Natur.597..245Z . дои : 10.1038/s41586-021-03845-0 . ISSN 0028-0836 . ПМЦ 8884112 . ПМИД 34433964 .
^ Бек, Себастьян; Ю-Стржельчик, Цзин; Паулс, Деннис; Константин, Оана М.; Ну и дела, Кристин Э.; Эманн, Надин; Киттель, Роберт Дж.; Нагель, Джордж; Гао, Шицян (2 октября 2018 г.). «Синтетические светоактивируемые ионные каналы для оптогенетической активации и ингибирования» . Границы в неврологии . 12 :643 дои : 10.3389/fnins.2018.00643 . ISSN 1662-453X . ПМК 6176052 . ПМИД 30333716 .
^ Берналь Сьерра, Йинт Андреа; Рост, Бенджамин Р.; Пофаль, Мартин; Фернандес, Энтони Майкл; Коптон, Рамона А.; Мозер, Сильвен; Хольткамп, Доминик; Масала, Никола; Бид, Пратип; Такер, Джон Дж.; Олдани, Сильвия (2018). «Оптогенетическое молчание на основе калиевых каналов» . Природные коммуникации . 9 (1): 4611. Бибкод : 2018NatCo...9.4611B . дои : 10.1038/ s41467-018-07038-8 ISSN 2041-1723 . ПМК 6218482 . ПМИД 30397200 .
^ Шейб, Ульрике; Штефест, Катя; Ну и дела, Кристин Э.; Кёршен, Хайнц Г.; Фудим, Роман; Эртнер, Томас Г.; Хегеманн, Питер (11 августа 2015 г.). «Родопсин-гуанилилциклаза водного гриба Blastocladiella emersonii обеспечивает быстрый оптический контроль передачи сигналов цГМФ» . Научная сигнализация . 8 (389): сс8. doi : 10.1126/scisignal.aab0611 . ISSN 1945-0877 . ПМИД 26268609 . S2CID 13140205 .
^ Авелар, Габриэла М; Шумахер, Роберт I; Зайни, Пауло А; Леонард, Гай; Ричардс, Томас А; Гомес, Сьюли Л. (2014). «Функции слияния генов родопсина-гуанилилциклазы в зрительном восприятии у гриба» . Современная биология . 24 (11): 1234–1240. дои : 10.1016/j.cub.2014.04.009 . ПМК 4046227 . ПМИД 24835457 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Шейб, Ульрике; Брат Матиас; Константин, Оана М.; Ян, Шан; Гао, Шицян; Мукерджи, Шатаник; Штефест, Кот; Нагель, Джордж; Ну и дела, Кристин Э.; Хегеманн, Питер (2018). «Родопсинциклазы для фотоконтроля цГМФ/цАМФ и структура 2,3 Å домена аденилатциклазы» . Природные коммуникации . 9 (1): 2046. Бибкод : 2018NatCo... 9.2046S. дои : 10.1038/s41467-018-04428-w . ISSN 2041-1723 . ПМЦ 5967339 . ПМИД 29799525 .
^ Рост, Бенджамин Р.; Шнайдер-Варме, Франциска; Шмитц, Дитмар; Хегеманн, Питер (2017). «Оптогенетические инструменты для субклеточных приложений в нейронауке» . Нейрон . 96 (3): 572–603. дои : 10.1016/j.neuron.2017.09.047 . ПМИД 29096074 .

[:1-1] Перейти обратно: ^а ^б Оки, Мио; Сугияма, Канако; Каваи, Фумихиро; Танака, Хитоми; Нихей, Юки; Унзай, Сатору; Такэбе, Масуми; Мацунага, Сигэру; Адачи, Синъити; Сибаяма, Наоя; Чжоу, Чживэнь (31 мая 2016 г.). «Структурное понимание фотоактивации аденилатциклазы фотосинтезирующих цианобактерий» . Труды Национальной академии наук . 113 (24): 6659–6664. Бибкод : 2016PNAS..113.6659O . дои : 10.1073/pnas.1517520113 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 4914150 . ПМИД 27247413 .

[2] Исеки, Минео, Мураками, Оно, Каору; Сугай, Митизо; Хори, Терумицу, Масакацу; -активируемая светом аденилатциклаза опосредует фотоизбегание у эвглены . грацилис 415 (6875): 1047–1051. Bibcode:2002Natur.415.1047I. doi:10.1038/4151047a. ISSN 1476-4687. PMID 11875575. S2CID 4420996

[3] Стирл, Мануэла; Штумпф, Патрик; Удвари, Дэниел; Гуэта, Ронни; Хагедорн, Рольф; Лоси, Аба; Гертнер, Вольфганг; Петерайт, Линда; Ефетова Марина; Шварцель, Мартин; Эртнер, Томас Г. (14 января 2011 г.). «Световая модуляция клеточного цАМФ небольшой бактериальной фотоактивируемой аденилатциклазой, bPAC, почвенной бактерии Beggiatoa» . Журнал биологической химии . 286 (2): 1181–1188. дои : 10.1074/jbc.M110.185496 . ISSN 0021-9258 . ПМК 3020725 . ПМИД 21030594 .

[4] Ян, Шан; Константин, Оана М.; Сачиданандан, Дивья; Хофманн, Ханнес; Кунц, Тобиас К.; Козьяк-Павлович Вера; Эртнер, Томас Г.; Нагель, Георг; Киттель, Роберт Дж.; Ну и дела, Кристин Э.; Гао, Шицян (18 октября 2021 г.). «PACmn для улучшения оптогенетического контроля внутриклеточного цАМФ» . БМК Биология . 19 (1): 227. дои : 10.1186/s12915-021-01151-9 . ISSN 1741-7007 . ПМЦ 8522238 . ПМИД 34663304 .

[5] Янсен, Вера; Альварес, Луис; Бальбах, Мелани; Стрюнкер, Тимо; Хегеманн, Питер; Каупп, У Бенджамин; Вахтен, Дагмар (20 января 2015 г.). «Контроль оплодотворения и передачи сигналов цАМФ в сперме с помощью оптогенетики» . электронная жизнь . 4 : e05161. doi : 10.7554/eLife.05161 . ISSN 2050-084X . ПМЦ 4298566 . ПМИД 25601414 .

[6] Чжоу, Живэнь; Танака, Кенджи Ф.; Мацунага, Сигэру; Смейся, Минео; Ватанабэ, Масакацу; Мацуки, Норио; Икегая, Юджи; Кояма, Рюта (22 января 2016 г.). «Фотоактивированная аденилатциклаза (PAC) раскрывает новые механизмы, лежащие в основе цАМФ-зависимого морфогенеза аксонов» . Научные отчеты 6 (1): 19679. Бибкод : 2016NatSR...519679Z . дои : 10.1038/srep19679 . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 4726437 . ПМИД 26795422 .

[7] Чжан, Стивен X.; Лутас, Эндрю; Ян, Шан; Диас, Адриана; Флюр, Хьюго; Нагель, Георг; Гао, Шицян; Андерманн, Марк Л. (9 сентября 2021 г.). «Гипоталамические дофаминовые нейроны мотивируют спаривание посредством постоянной передачи сигналов цАМФ» . Природа . 597 (7875): 245–249. Бибкод : 2021Natur.597..245Z . дои : 10.1038/s41586-021-03845-0 . ISSN 0028-0836 . ПМЦ 8884112 . ПМИД 34433964 .

[8] Бек, Себастьян; Ю-Стржельчик, Цзин; Паулс, Деннис; Константин, Оана М.; Ну и дела, Кристин Э.; Эманн, Надин; Киттель, Роберт Дж.; Нагель, Джордж; Гао, Шицян (2 октября 2018 г.). «Синтетические светоактивируемые ионные каналы для оптогенетической активации и ингибирования» . Границы в неврологии . 12 :643 дои : 10.3389/fnins.2018.00643 . ISSN 1662-453X . ПМК 6176052 . ПМИД 30333716 .

[9] Берналь Сьерра, Йинт Андреа; Рост, Бенджамин Р.; Пофаль, Мартин; Фернандес, Энтони Майкл; Коптон, Рамона А.; Мозер, Сильвен; Хольткамп, Доминик; Масала, Никола; Бид, Пратип; Такер, Джон Дж.; Олдани, Сильвия (2018). «Оптогенетическое молчание на основе калиевых каналов» . Природные коммуникации . 9 (1): 4611. Бибкод : 2018NatCo...9.4611B . дои : 10.1038/ s41467-018-07038-8 ISSN 2041-1723 . ПМК 6218482 . ПМИД 30397200 .

[10] Шейб, Ульрике; Штефест, Катя; Ну и дела, Кристин Э.; Кёршен, Хайнц Г.; Фудим, Роман; Эртнер, Томас Г.; Хегеманн, Питер (11 августа 2015 г.). «Родопсин-гуанилилциклаза водного гриба Blastocladiella emersonii обеспечивает быстрый оптический контроль передачи сигналов цГМФ» . Научная сигнализация . 8 (389): сс8. doi : 10.1126/scisignal.aab0611 . ISSN 1945-0877 . ПМИД 26268609 . S2CID 13140205 .

[11] Авелар, Габриэла М; Шумахер, Роберт I; Зайни, Пауло А; Леонард, Гай; Ричардс, Томас А; Гомес, Сьюли Л. (2014). «Функции слияния генов родопсина-гуанилилциклазы в зрительном восприятии у гриба» . Современная биология . 24 (11): 1234–1240. дои : 10.1016/j.cub.2014.04.009 . ПМК 4046227 . ПМИД 24835457 .

[:0-12] Перейти обратно: ^а ^б Шейб, Ульрике; Брат Матиас; Константин, Оана М.; Ян, Шан; Гао, Шицян; Мукерджи, Шатаник; Штефест, Кот; Нагель, Джордж; Ну и дела, Кристин Э.; Хегеманн, Питер (2018). «Родопсинциклазы для фотоконтроля цГМФ/цАМФ и структура 2,3 Å домена аденилатциклазы» . Природные коммуникации . 9 (1): 2046. Бибкод : 2018NatCo... 9.2046S. дои : 10.1038/s41467-018-04428-w . ISSN 2041-1723 . ПМЦ 5967339 . ПМИД 29799525 .

[13] Рост, Бенджамин Р.; Шнайдер-Варме, Франциска; Шмитц, Дитмар; Хегеманн, Питер (2017). «Оптогенетические инструменты для субклеточных приложений в нейронауке» . Нейрон . 96 (3): 572–603. дои : 10.1016/j.neuron.2017.09.047 . ПМИД 29096074 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]