Halorodopsyna

Halorodopsyna to bramkowana światłem pompa jonowa, specyficzna dla jonów chlorkowych , występujących w archeonach , znanych jako halobakterie . Jest to siedmiotransbłonowe białko retinylidenowe z mikrobiologicznej rodziny rodopsyn. Jest podobny w strukturze trzeciorzędowej (ale nie w strukturze sekwencji pierwszorzędowej) do rodopsyn kręgowców, pigmentów, które wyczuwają światło w siatkówce . Halorodopsyna ma również podobieństwo sekwencji do rodopsyny kanałowej , innego kanału jonowego napędzanego światłem. Halorodopsyna zawiera niezbędną światło-izomeryzowalną all-trans- retinal pochodna witaminy A. Ze względu na intensywne zainteresowanie rozwiązaniem struktury i funkcji tej cząsteczki, halorodopsyna jest jednym z nielicznych białek błonowych, których struktura krystaliczna jest znana.

Halorodopsyna wykorzystuje energię zielonego/żółtego światła do przenoszenia jonów chlorkowych do komórki, pokonując potencjał błonowy. Oprócz chlorków transportuje do komórki inne halogenki i azotany . Pobieranie chlorku potasu przez komórki pomaga w utrzymaniu równowagi osmotycznej podczas wzrostu komórek. Wykonując to samo zadanie, napędzane światłem pompy anionowe mogą znacznie zmniejszyć zużycie energii metabolicznej. Halorodopsyna była przedmiotem wielu badań, a jej struktura jest dokładnie znana. Jego właściwości są podobne do właściwości bakteriorodopsyny, a te dwie napędzane światłem pompy jonowe transportują kationy i aniony w przeciwnych kierunkach.

Izoformy halorodopsyny można znaleźć w wielu gatunkach halobakterii, w tym Halobacterium salinarum i Natronobacterium pharaonis . Wiele trwających badań bada te różnice i wykorzystuje je do analizy właściwości fotocyklu i pompy. Po bakteriorodopsynie halorodopsyna może być najlepszą badaną opsyną typu I (drobnoustrojową). siatkówkowego halorodopsyny wynosi około 570 nm.

Tak jak rodopsyna-2 z kanałem jonowym aktywowanym światłem niebieskim otwiera zdolność do aktywacji komórek pobudliwych (takich jak neurony , komórki mięśniowe , komórki trzustki i komórki odpornościowe) za pomocą krótkich impulsów niebieskiego światła, tak halorodopsyna otwiera zdolność do wyciszania pobudliwych komórek. komórki z krótkimi impulsami żółtego światła. W ten sposób halorodopsyna i rodopsyna kanałowa razem umożliwiają wielokolorową aktywację optyczną, wyciszanie i desynchronizację aktywności nerwowej, tworząc potężny zestaw narzędzi neuroinżynieryjnych.

Halorodopsyna z Natronomonas (NpHR) została wykorzystana do osiągnięcia hamowania potencjałów czynnościowych w neuronach w układach ssaków. Ponieważ świetlna aktywacja NpHR prowadzi do napływu jonów chlorkowych, co jest częścią naturalnego procesu generowania hiperpolaryzacji, indukowane przez NpHR hamowanie działa bardzo dobrze w neuronach. Oryginalne kanały NpHR po ekspresji w komórkach ssaków wykazywały tendencję do gromadzenia się w retikulum endoplazmatycznym komórek. Aby przezwyciężyć problemy z lokalizacją subkomórkową, do sekwencji NpHR dodano motyw eksportu ER. Ten zmodyfikowany NpHR (nazwany eNpHR2.0) został z powodzeniem wykorzystany do kierowania pozbawioną agregatów ekspresją NpHR na wysokim poziomie in vivo. Jednak nawet zmodyfikowana postać NpHR wykazywała słabą lokalizację na błonie komórkowej . Aby osiągnąć wyższą lokalizację w błonie, został on dodatkowo zmodyfikowany przez dodanie sygnału eksportu aparatu Golgiego i sygnału ruchu błony z kanału potasowego (Kir2.1). Dodanie sygnału Kir2.1 znacznie poprawiło lokalizację NpHR w błonie i ta zmodyfikowana forma NpHR została oznaczona jako eNpHR3.0

Jako narzędzie badawcze

Halorodopsyna jest stosowana w optogenetyce do hiperpolaryzacji (lub hamowania) określonych neuronów .

Linki zewnętrzne

• Syntetyczna Grupa Neurobiologii, MIT: Halorodopsyna pośrednicząca w optycznym wyciszaniu neuronów
• Halorodopsyna w US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
• Centrum zasobów optogenetyki
• OpenOptogenetics.org, otwarta wiki o optogenetyce .