光遗传学蛋白KR2视紫红质的真实结构

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来自俄罗斯,德国和法国的生物物理学家团队以莫斯科物理和技术研究所的研究人员为特色,在生理条件下发现并研究了KR2视紫红质的结构。这项开创性工作为光遗传学的未来突破奠定了基础,光遗传学是一个高度相关的生物医学领域,应用于神经疾病治疗等等。基本的发现将导致一种有效治疗抑郁症,焦虑症,癫痫和帕金森病的新工具。报告该研究的论文,其中MIPT生物物理学家发挥了主导作用,发表在Science Advances,一个备受推崇的美国科学促进协会期刊。

光遗传学使用光来控制大脑过程。它基于光控蛋白质,例如通道视紫红质-2,一种在暴露于光线时打开的离子通道,从而激活细胞过程。研究人员现在已经阐明了它的作用方式。

必发娱乐官方网站手机版 ,就像陆地植物一样,藻类利用阳光作为能源。许多绿藻在水中活跃; 他们可以接近光线或远离光线。为此,他们使用特殊的传感器(光感受器)来感知光线。

光遗传学是一个全新的生物物理学和生物医学领域,研究通过光信号控制生物体内神经和肌肉细胞的技术。不久前,领先的研究期刊科学将光遗传学称为十年的突破。光遗传学方法已经能够部分恢复因神经系统疾病而受损的视力,听力和肌肉控制。重要的是,这些技术使研究人员能够详细研究神经网络。这不是指计算机网络,而是指那些安置在人类大脑中并对我们的情绪,决策和其他基本过程负责的人。

巨大的治疗潜力研究人员认为光遗传学具有巨大的治疗潜力。可以用光来使盲人看到或治疗帕金森病患者的激动性麻痹,克劳斯格威特解释说。

对这些光传感器的长达数十年的搜索在2002年取得了首次成功:Georg Nagel,当时在法兰克福的Max-Planck生物物理研究所,以及合作者发现并描述了藻类中两种所谓的通道视紫红质。这些离子通道吸收光,然后打开并传输离子。它们以人类和动物的视觉色素

几年前,研究人员在海洋细菌Krokinobacter

由Peter Hegemann发现,通道视紫红质-2是光遗传学中的中心光活化蛋白。如果将该离子通道应用于神经细胞,则可以通过光打开通道,从而激活细胞。

  • 视紫红质命名。

eikastus的细胞膜上发现了一种新型的离子转运蛋白--KR2视紫红质。新发现的蛋白质对光敏感,因此可用于光遗传学。在光的驱动下,这些蛋白质可以促进带电粒子(例如离子)穿过细胞膜的转运。通过将这些转运蛋白导入细胞,研究人员可以使用光脉冲来控制神经元细胞膜的电位,从而控制其活性。显示KR2选择性地在细胞外运输特定种类的颗粒

钠离子。蛋白质不是允许这些离子在两个方向上通过,而是进行主动运输,充当泵。突变形式的KR2也显示出钾泵活性。

随着新分子泵的发现,研究浪潮面临着视紫红质的一些非常神秘的特性。几个研究小组发现并描述了有希望的蛋白质的总共五种不同结构。值得注意的是,在这些结构中的一些中,五个KR2分子形成稳定的五聚体,而在其他结构中仅存在蛋白质单体(图1)。

所以戏剧性的问题是:哪些结构应该被认为是正确的呢?该研究的第一作者,MIPT博士生Kirill Kovalev说。事实上,这些结构非常相似,但细节中的魔鬼,决定了蛋白质在科学和临床实践中的可能应用。

在过去,科学家们无法就如何激活频道达成一致。但正是由于对蛋白质中的分子反应以及由此产生的离子电导率的理解,这对于优化蛋白质的潜在应用至关重要,Gerwert说。

现在已知藻类的第三个眼睛:研究人员发现了一种具有意想不到的特性的新型光传感器。Armin Hallmann教授(比勒费尔德大学)和Georg Nagel教授(Julius-Maximilians-UniversittWrzburg,JMU)的研究小组在BMC Biology期刊上报道了这一发现。

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