Оптогенетика пошла на прорыв
2 мин чтения
Мембранный белок канальный родопсин ChR2. Источник: пресс-служба МФТИ, иллюстратор @Lion_on_helium

Мембранный белок канальный родопсин ChR2. Источник: пресс-служба МФТИ, иллюстратор @Lion_on_helium

Определена структура важнейшего белка

Международному коллективу учёных удалось выявить трёхмерную структуру канального родопсина ChR2. Этот светочувствительный белок был выделен в начале XXI века из зелёных водорослей Chlamydomonas reinhardtii, но структура его до сих пор оставалась неизвестной.

Учёные встраивают этот белок в мембраны живых клеток. Под действием света он открывается, пропуская внутрь клетки положительные ионы. В случае нервной клетки это запускает деполяризацию мембраны, имитируя прохождение по ней нервного сигнала и активируя конкретный нейрон.

«Выявлением его структуры занималось много разных групп по всему миру с самого открытия ChR2 в 2003 году, однако без особых успехов. Зато теперь знание структуры СhR2 позволит оптогенетике запускать осмысленные мутации в белке, подстраивая его под конкретные эксперименты. Раньше это было невозможно, и большинство мутаций запускались трудоёмким перебором или на основании структур родственных белков», — прокомментировал открытие один из главных участников работы Валентин Борщевский, заместитель заведующего лабораторией Перспективных исследований мембранных белков МФТИ.

Оптогенетика — современная наука, позволяющая при помощи света управлять нервными или мышечными клетками живого организма. Её методы используются для того, чтобы частично восстанавливать потерянные зрение и слух, управлять сокращением мышц. С помощью методов оптогенетики изучаются свойства естественных нейронных сетей, отвечающих за эмоции, принятие решений и другие сложные процессы в живых организмах. В 2010 году оптогенетика была отмечена «Методом года» редакцией престижного научного журнала Nature и «Прорывом десятилетия» - журналом Science.

На сегодняшний день канальный родопсин ChR2 — наиболее распространённый инструмент для активации нервных клеток. Его применяют повсеместно, в основном благодаря высокой скорости его работы и относительной безвредности для клеток. Существует множество искусственных мутаций ChR2, которые модифицируют его свойства — например, увеличивают величину генерируемого тока или длину волны света, на которую он «откликается». Такой спектр модификаций позволяет подбирать белок под конкретный эксперимент на живых клетках, варьируя скорость его работы или используя различные модификации, которые откликаются на разную длину волны и могут работать независимо друг от друга.

Большинство мутаций, однако, сделаны сравнительно вслепую, методом направленной эволюции или исходя из данных по структурам похожих белков. Самая похожая структура, имеющаяся на данный момент — химера C1C2, в структуре которой примерно 70% от родственного белка ChR1 и 30% от ChR2. Эта структура, однако, не позволяет полностью объяснить все свойства белка, а значит, и интересные для оптогенетики мутации, спрогнозированные по этой структуре, не несут особой правдоподобности.

Чтобы изучить структуру канального родопсина СhR2, учёные использовали метод рентгеновской кристаллографии. Для его использования необходимо было получить кристалл, в узлах которого «сидят» молекулы белка. Это сделали при помощи кристаллизации in meso — метода получения кристаллов мембранных белков, при котором для роста кристаллов используется особая среда, позволяющая белкам свободно перемещаться в пространстве, не выходя при этом из мембраны — липидная кубическая фаза. После этого кристаллы облучают рентгеновским излучением с длиной волны порядка 1 ангстрема (чуть меньше длины межатомной связи в белке) и снимаются данные рентгеновской дифракции, из которых затем восстанавливается структура белка.

Вместе с Московским физико-техническим институтом над выявлением структуры СhR2 работали Исследовательский центр Юлих (Германия), Европейский центр синхротронного излучения (Франция), Институт биофизики Макса Планка (Германия) и Институт биологических структур (Франция)

Исследование поддержано объединённой программой Agence Nationale de la Recherche (Франция) и Deutsche Forschungsgemeinschaft (Германия) (ANR-15-CE11-0029-02), специальным соглашением CEA(IBS)-HGF(FZJ) STC 5.1, ERA.Net RUS Plus (ID 323) и Российским научным фондом (16-15-00242).

Статья опубликована в журнале Science.
 

Читайте нас в мобильном приложении

Если у Вас возник вопрос по материалу, то Вы можете задать его специальной рубрике Задать вопрос Пришельцы, а не аборигены Далее в рубрике Пришельцы, а не аборигеныВ Санкт-Петербурге определили происхождение животного мира Гренландии Читайте в рубрике «Инновации» Станислав Протасов: «Технологии Acronis спасают миллионы»Сооснователь IT-гиганта представил в Технопарке МФТИ настоящий гоночный болид «Формулы-1» Станислав Протасов: «Технологии Acronis спасают миллионы»
Подписывайтесь на канал rusplt.ru в Яндекс.Дзен
Подписывайтесь на канал rusplt в Дзен
Комментарии
Авторизуйтесь чтобы оставлять комментарии.
Сравни удобство чтения
статьи на новой версии
 
Читайте только самое важное!
Подпишитесь на «Русскую планету» в социальных сетях и читайте наиболее актуальные материалы
Каждую пятницу мы будем присылать вам сборник самых важных
и интересных материалов за неделю. Это того стоит.
Закрыть окно Вы успешно подписались на еженедельную рассылку лучших статей. Спасибо!