Самое синее из синего: новый переключатель на основе водорослей освещает биологические исследования

Некоторые организмы обладают «ионными каналами» (шлюзами, которые избирательно позволяют заряженным частицам, называемым ионами, проникать в и являются неотъемлемой частью функции клетки), называемыми «каналом родопсинов», которые можно включать и выключать с помощью света. Различные канальные родопсины реагируют на разные длины волн в световом спектре. Эти каналы могут быть выражены в чужеродных организмах (животных, даже в человеке) с помощью генной инженерии, которая, в свою очередь, находит применение в оптогенетике или применении света для модуляции клеточных и генных функций. Пока что самая короткая длина волны, на которую реагирует родопсин, была синей.


Однако недавно группа ученых из Технологического института Нагоя, Япония, и Университета Джавахарлала Неру, Индия, определила канал родопсин, который реагирует на еще более короткую длину волны синего цвета индиго. В их исследовании, опубликованном в Nature’s Биология коммуникациигруппа исследователей, возглавляемая профессором Хидеки Кандори и доцентом Сатоши П. Цунода, идентифицировала новый каналродопсин, который они назвали KnChR, из вида наземных водорослей, называемых Klebsormidium nitens. «Мы выбрали эту водоросль, потому что известно, что она чувствительна к свету, но ее фоторецепторный домен не установлен», – сообщает профессор Кандори. В отличие от других обнаруженных канальных родопсинов, KnChR реагирует на синий свет индиго.

Известно, что KnChR состоит из области, охватывающей мембрану из семи клеток, которая образует поры, которые позволяют входить и выходить различным ионам. За этой областью следует белковая составляющая, включающая пептидогликановый связывающий домен. Чтобы изучить свойства KnChR, исследователи провели обширные генетические и электрофизиологические эксперименты.

Возможно, самым захватывающим результатом было то, что они смогли определить роль «цитоплазматического домена». Все известные канальные родопсины имеют большой «цитоплазматический домен» или область, которая расположена во внутренней области клетки. Как объясняет профессор Кандори, «все известные в настоящее время канальные родопсины содержат большой цитоплазматический домен, функция которого неуловима. Мы обнаружили, что цитоплазматический домен KnChR модулирует свойства ионного канала».

Соответственно, результаты экспериментов показали, что изменение длины цитоплазматического домена вызывает изменения в закрытии ионных каналов. В частности, укорочение домена привело к увеличению «открытого времени» канала более чем в десять раз. Кроме того, исследователи также идентифицировали два аминокислотных остатка аргинина, а именно R287 и R291, в одной и той же области, которые играли важную роль в свойствах генерируемых световых токов. Они обнаружили, что KnChR проявляет максимальную чувствительность при 430 нм и 460 нм, что делает его самым «голубым» каналом родопсина.

В целом, исследователи верят, что KnChR полезен в биологических системах, требующих определенных параметров возбуждения. Отвечая на вопрос о значении этих результатов, профессор Цунода, автор исследования, предлагает: «KnChR расширит набор инструментов для оптогенетики, особенно для применений с двойным светом, когда требуется коротковолновое возбуждение». Это означает, что свойство KnChR управлять светом может быть применено для целенаправленного манипулирования биологическими функциями организма в исследовательских условиях. Несколько примеров могут включать манипуляции с активностью нейронов и миоцитов.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments