Wetenschappers hebben een eiwit onderzocht dat toepassing zal vinden in de optogenetica en kan worden gebruikt om spier- en neuronale cellen te controleren. Het artikel over het lichtgevoelige NsXeR-eiwit van de xenorhodopsine-klasse werd gepubliceerd in: wetenschappelijke vooruitgang door het internationale team van onderzoekers van MIPT, Forschungszentrum Jülich, en Institut de Biologie Structurale.

Optogenetica is een nieuwe techniek die licht gebruikt om neuronen of spiercellen in levend weefsel te controleren. Het heeft brede toepassing gevonden in studies van het zenuwstelsel. Optogenetische manipulaties zijn zo nauwkeurig dat ze het mogelijk maken om individuele neuronen aan te sturen door bepaalde informatieoverdrachtsroutes aan of uit te zetten. Soortgelijke methoden worden ook gebruikt om het gezichtsvermogen of gehoorverlies gedeeltelijk om te keren en om spiercontracties te beheersen.

De belangrijkste instrumenten van optogenetica zijn lichtgevoelige eiwitten die opzettelijk in bepaalde cellen worden ingebracht. Na het inbrengen, het eiwit wordt gehecht aan het celoppervlak en verplaatst ionen over het membraan bij blootstelling aan licht. Dus, in een gemodificeerde neuroncel, een correct gekozen lichtimpuls kan een neuraal signaal activeren of, Integendeel, onderdrukken alle signalen, afhankelijk van welk eiwit wordt gebruikt. Door signalen van individuele neuronen te activeren, het is mogelijk om het functioneren van bepaalde hersengebieden te imiteren - een techniek die het gedrag van het bestudeerde organisme moduleert. Als dergelijke eiwitten in spiercellen worden ingebracht, een extern signaal kan ze spannen of ontspannen.

De auteurs van het artikel, die werd gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , beschreef een nieuw optogenetisch hulpmiddel - een eiwit genaamd NsXeR, die behoort tot de klasse van xenorhodopsines . Bij blootstelling aan licht, het kan individuele neuronen activeren, waardoor ze vaste signalen naar het zenuwstelsel sturen. Afgezien van toepassingen in onderzoek naar het zenuwstelsel, xenorhodopsines kan ook de controle over de spiercellen overnemen. Om deze cellen te activeren, bij voorkeur wordt het calciumionentransport geblokkeerd, omdat veranderingen in de ionenconcentratie hen kunnen beïnvloeden. Bij gebruik van eiwitten die verschillende positieve ionen (zoals calcium) niet-selectief transporteren, ongewenste bijwerkingen kunnen optreden.

Het eiwit helpt ongecontroleerde calciumtranslocatie te omzeilen. Het is selectief en pompt niets anders dan de protonen de cel in. Door deze selectiviteit het heeft een aanzienlijk voordeel ten opzichte van zijn belangrijkste rivaal channelrhodopsin, die op grote schaal wordt gebruikt in onderzoek, maar geen onderscheid maakt tussen positief geladen ionen. Wat is meer, xenorhodopsinwerkt als een betrouwbare pomp, transporteren van protonen zowel in als uit de cel, ongeacht hun concentratie, terwijl channelrhodopsine alleen ionen toestaat om van een gebied met een hogere concentratie naar een gebied met een lagere concentratie te gaan. In beide gevallen vermindert een instroom van positieve lading in een exciteerbare cel de spanning tussen de binnenste en buitenste membraanoppervlakken. Een dergelijke membraandepolarisatie genereert een zenuw- of spierimpuls. Het vermogen om zo'n impuls te induceren door alleen maar protonen te pompen, zal mogelijke bijwerkingen tijdens onderzoek verminderen.

"Tot nu toe hebben we alle benodigde gegevens over hoe het eiwit functioneert. Dit zal de basis worden van ons verdere onderzoek gericht op het optimaliseren en aanpassen van de eiwitparameters aan de behoeften van optogenetica, " zegt Vitaly Shevchenko, de hoofdauteur van het artikel en een medewerker van het MIPT Laboratory for Advanced Studies of Membrane Proteins.