Каналродопсин-2 произвел революцию в оптогенетикеКаналродопсин-2, обнаруженный Петером Хегеманном у зеленых водорослей, является центральным светоактивируемым канальным белком в оптогенетике. Если этот ионный канал применяется к нервным клеткам, каналы могут открываться светом, таким образом активируя клетку. «Применение канального родопсина-2 в оптогенетике произвело революцию в нейробиологии в последние годы», — говорит Клаус Герверт.
Журнал «Nature Methods» наградил этот процесс «Методом года» в 2010 году. «Однако ученые не знали, что на самом деле происходит внутри белка и, таким образом, в конечном итоге запускает его активацию», — продолжает исследователь из Бохума. Но именно понимание процессов на атомарном уровне важно для оптимизации белка специально для его применения.Модель «EHT» описывает механизм действия канального родопсина-2.
С помощью вибрационной спектроскопии с временным разрешением и биомолекулярного моделирования команда Бохума-Берлина закрыла этот пробел. Модель EHT (E90-Helix2-tilt) описывает механизм действия канала родопсина-2 следующим образом: светочувствительная группа белка, то есть сетчатка, скручивается под падением света. Затем этот поворот продолжается в белке и очень быстро открывает поры, которые закрываются аминокислотой E90 в темноте.
E90 отмечает самое узкое место в поре и открывает его движением вниз, подобно движению распашной двери, так что вода может проникать в пустой вестибюль над самым узким местом в поре. Затем поступающая вода наклоняет спираль белка H2, что в конечном итоге запускает открытый ионный канал, пересекающий белок. При формировании этой модели исследователи из Бохума извлекли пользу из своего обширного опыта, полученного при детальном разрешении механизма действия бактериородопсина протонной помпы, управляемого светом.
«Белковая инженерия»: новаторские новые оптогенетические инструменты«С этой структурной моделью станет возможным следующий шаг, а именно белковая инженерия», — объясняет Клаус Герверт. За счет мутации аминокислоты E90 можно целенаправленно контролировать свойства белка.
Электропроводность или селективность для определенных ионов может быть настроена для конкретных применений, а белок может быть специально активирован с разными длинами волн.