Молекулы биоинженерии

Созданные с помощью биоинженерии молекулы смогут улучшить оптогенетику (Оптогенетика — методика исследования работы нервных клеток, основанная на внедрении в мембрану нервных клеток специальных каналов, реагирующих на возбуждение светом — опсинов), развивая широко используемый подход для изучения нейронов.

Трехмерная реконструкция показывает кусочек мозга мыши (фиолетовым), включая нейроны (розовым), обработанные новым светочувствительным белком. Изображение: Парк Джунчол / Джошуа Дудман

Перевертывание в клеточных мембранах светочувствительных белков вверх ногами расширило полезность популярного метода изучения мозга.

Оптогенетика основывается на светочувствительных белках, называемых каналородопсины  (ключевой белок оптогенетики), которые могут встраиваться в клеточные мембраны нейронов в головном мозге. Свет, попадающий на эти нейроны, стимулирует их к активации.

Алла Карпова и Джошуа Дудман в Исследовательском кампусе Джанелии в Медицинском институте Говарда Хьюза в Эшберне, штат Вирджиния, а также их коллеги, стремились расширить спектр доступных для исследователей каналородопсинов. Команда изменила два каналородопсина таким образом, чтобы они стали ориентированы в пространстве вверх дном в клеточных мембранах по сравнению с их типичным расположением.

Одно это изменение позволяет большему количеству ионов калия проходить через клеточную мембрану по сравнению с исходным белком; данная конструкция может быть полезна для изучения калиевых каналов в нейронах и других клетках. Другое изменение приводило к тому, что белок переключался с активирующих нейронов на их ингибирование и использовался для контроля поведения у мышей.

Expandingthe Optogenetics Toolkit by Topological Inversion of Rhodopsins.

Авторы: Jennifer Brown, Reza Behnam, Luke Coddington, Alexander Gottschalk, Joshua T. Dudman, Alla Y. Karpova.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.09.026