Оптогенетика получит новый молекулярный «стартер»
Ученые исследовали белок, который станет новым инструментом в оптогенетике и может быть использован для управления мышечными и нервными клетками.
Работа по изучению светочувствительного белка NsXeR из класса ксенородопсинов опубликована в журнале Science Advances международным коллективом ученых из МФТИ, Института структурной биологии и Юлихского исследовательского центра.
Оптогенетика — современная методика, которая при помощи света позволяет управлять нервными или мышечными клетками в живом организме. Наиболее широко она используется в исследованиях нервной системы. Точность ее настолько высока, что позволяет контролировать отдельно взятые нервные клетки, «включая» или «выключая» определенные пути передачи информации. Кроме того, схожие методы используются для того, чтобы частично восстанавливать потерянное зрение и слух или управлять сокращением мышц.
Основные «инструменты» оптогенетики — светочувствительные белки, которые искусственно встраивают в нужные клетки. После встраивания белок работает на поверхности клетки и под действием света переносит ионы через клеточную мембрану. Если встроить такой белок в нейрон, то правильно подобранный световой импульс может запустить нервный сигнал или, наоборот, заглушить все сигналы — в зависимости от того, какой белок используется. Запуская сигналы от отдельных нейронов, можно имитировать работу определенных зон мозга, изменяя поведение организма. Если же встраивать такие белки в мышечные клетки, то можно внешним сигналом напрягать или расслаблять их.
Авторы работы, опубликованной в Science Advances, описали новый инструмент для оптогенетики — белок NsXeR из класса ксенородопсинов. Он способен активировать отдельные нейроны, заставляя их посылать заданные сигналы в нервную систему под действием света. Помимо применений в исследованиях нервной системы, ксенородопсины могут занять нишу управления мышечными клетками. Для активации этих клеток желательно исключить транспорт ионов кальция, так как мышечные клетки особенно чувствительны к изменению его концентрации. Если использовать белки, не избирательно переносящие разные положительные ионы (и в том числе кальций), будут появляться нежелательные побочные эффекты.
Открытый белок позволяет обойти проблему с неконтролируемым переносом кальция: он отличается своей избирательностью и при работе закачивает внутрь клетки только протоны. Этим он выгодно отличается от прямого конкурента канального родопсина, который сейчас широко используется в исследованиях: тот при работе переносит любые положительные ионы. Кроме того, ксенородопсин работает как надежный «насос», прокачивая протоны вне зависимости от их концентрации по обе стороны мембраны, а канальный родопсин лишь «открывается» под действием света, позволяя ионам идти по направлению от большей концентрации к меньшей. В обоих случаях поток положительных зарядов внутрь электровозбудимой клетки уменьшает напряжение между внешней и внутренней поверхностью мембраны. Такая деполяризация мембраны и запускает нервный или мышечный импульс. Возможность запускать такой импульс, перекачивая только протоны, уменьшит потенциальные побочные эффекты при исследованиях.
«В данный момент у нас в руках находится вся ключевая информация о механизме работы белка. На этом мы основываем дальнейшие исследования по оптимизации и подстройке параметров белка под нужды оптогенетики», — заявляет Виталий Шевченко, первый автор работы и сотрудник лаборатории перспективных исследований мембранных белков МФТИ.
Работа поддержана грантом ФЦП ИР.
Telegram 
Дзен 
VK Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Ученые выяснили, что золото владеет уникальной «техникой самообороны», которая защищает его от потускнения. Оказалось, атомы на поверхности этого металла способны самостоятельно перестраиваться в особые защитные структуры. Такой невидимый барьер блокирует контакт с кислородом и подавляет процесс окисления в триллион раз эффективнее, чем поверхность любого другого металла.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Ученые выяснили, почему интервальное голодание для многих оказывается эффективнее обычных диет. Исследование показало, что ограничение времени для приема пищи избавляет худеющего от изнуряющего ощущения жесткого контроля и при этом позволяет сбросить ровно столько же, сколько при скрупулезном подсчете калорий.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно