Dr. Numano en collega's hebben de dynamiek van ionkanalen onderzocht en ze efficiënt gemanipuleerd voor optische controle van neurale activiteit.

Rene Descartes stelde voor dat alle fysiologische systemen kunnen worden herkend door mechanistische principes. We herkennen intacte biostructuur ionotrope glutamaatreceptoren (iGluR6) als machines, die normaal tot expressie wordt gebracht in synaptische neurale processen in de hersenen van zoogdieren. Om elke neurale activiteit op afstand en omkeerbaar te controleren, fotoschakelbare nano-machine - LiGluR &Yin/yang - werden ontwikkeld op basis van iGluR6 en bediend met behulp van foto-iosomeriseerbare nieuwe chemicaliën, MAG.

Rika Numano bij het door elektronica geïnspireerde interdisciplinaire onderzoeksinstituut (EIIRIS), Toyohashi-technologie, in samenwerking met de groep van Ehud Isacoff aan de UC Berkeley hebben ze de dynamiek van ionenkanalen onderzocht en ze efficiënt gemanipuleerd voor optische controle van neurale activiteit.

Hier, Numano en collega's fotogeschakelde iGluR6 met behulp van drie soorten MAG0, 1, 2, die 2R bengelen, 4R-allyi glutamaat (G) van een linker die het foto-isomeriseerbare azobenzeen (A) bevat dat via maleïmide (M) aan geïntroduceerde cysteïnes is bevestigd. De MAG's werden onderzocht op enkele cysteïne-gemuteerde posities rond het ligandbindende domein "clamshell" uit de geometrie.

In neurale cellen met LigluR (met L439C-mutatie), actiepotentialen worden optimaal opgeroepen en gedoofd door UV en zichtbaar licht, respectievelijk. Yin/yang (G486C) optische controle maakt het mogelijk dat een enkele golflengte van licht actiepotentialen opwekt in één set neuronen, terwijl een tweede set neuronen in hetzelfde preparaat wordt uitgeschakeld.

De mogelijkheid om tegengestelde reacties te genereren met korte MAG0 en twee versies van een doelkanaal, die kan worden uitgedrukt in verschillende celtypen, maakt de weg vrij voor engineering opponency in neuronen die tegengestelde functies bemiddelen.

De onderzoekers konden opmerkelijke neurale circuitactiviteit regelen om de fysiologie vanuit een mechanistisch oogpunt te reguleren.