Eiwitten kunnen worden gecontroleerd met licht van verschillende golflengten. Zelfs meerdere tegelijk, dankzij een nieuwe tool.

Lichtgevoelige eiwitten, ook bekend als optogenetische hulpmiddelen, kan worden in- en uitgeschakeld door lichtpulsen, waardoor specifieke cellulaire processen worden geactiveerd. Een onderzoeksteam van de Ruhr-Universität Bochum (RUB) heeft een nieuwe optogenetische tool gekarakteriseerd, het eiwit parapinopsine, die bij zeer zwakke en korte lichtsignalen in- en uitgeschakeld kan worden. De voor dit doel benodigde excitatiegolflengten verschillen sterk van die welke door andere bekende optogenetische instrumenten worden gebruikt. Bijgevolg, het is mogelijk om twee van dergelijke tools tegelijkertijd te gebruiken. De teams onder leiding van professor Stefan Herlitze en professor Klaus Gerwert rapporteren over deze bevindingen in het coververhaal van het tijdschrift ChemBioChem vanaf 2. maart 2020.

Eiwit van een vis

Waar de onderzoekers zich voorheen vooral richtten op onderzoek naar het eiwit melanopsine, ze gebruikten nu parapinopsin. "Deze tool is een opsin, d.w.z. een G-eiwit gekoppeld, lichtgevoelige receptor van de pijnappelklier van de Japanse lamprei, " legt Dennis Eickelbeck van de afdeling Algemene Zoölogie en Neurobiologie van RUB uit. De onderzoekers gebruikten elektrofysiologische en optische methoden om de receptor te analyseren. Door deze experimentele benaderingen te combineren, de onderzoekers van de afdeling Biofysica creëerden een eerste 3D-structuurmodel van parapinopsine met behulp van computerondersteunde methoden. "Dit structurele model zal ons in de toekomst in staat stellen om hypothesen te formuleren over de dynamiek van de complexe moleculaire mechanismen van parapinopsine met behulp van biomoleculaire simulaties, " legt Dr. Till Rudack uit.

In de loop van deze RUB-samenwerking, de onderzoekers toonden aan dat lamprey parapinopsin - die ze "UV-Lamp" noemden - kan worden gebruikt om een ​​specifieke G-eiwitsignaleringsroute in of uit te schakelen met licht van verschillende golflengten. "We gebruiken UV-licht om in te schakelen en licht in het blauwe golflengtebereik om uit te schakelen, ', zegt Dennis Eickelbeck.

Aangezien het golflengtebereik dat wordt gebruikt voor het inschakelen ver in het UV-bereik ligt, UV-Lamp kan theoretisch gelijktijdig met andere optogenetische instrumenten worden gebruikt. "Bijvoorbeeld, in hetzelfde experiment konden we een signaalroute besturen met behulp van een UV-lamp met UV en blauw licht en een ander optogenetisch hulpmiddel met groen en rood licht gebruiken voor een ander signaalpad, " legt Dennis Eickelbeck uit. "In de toekomst zullen het 3D-model zal ons in staat stellen om de golflengte-afhankelijkheid van parapinopsine te analyseren en te manipuleren om het eiwit aan te passen voor verdere optogenetische toepassingen, " voorspelt Klaus Gerwert.

Van even groot belang voor de onderzoekers is het feit dat het eiwit extreem lichtgevoelig is. Overeenkomstig, extreem korte lichtpulsen van lage intensiteit in het bereik van milliseconden zijn voldoende voor de continue controle van de bijbehorende signaalroute. Als resultaat, de mogelijke schadelijke effecten van lichtstraling op de cellen worden verminderd.