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      揭示了原代光遺傳工具的結(jié)構(gòu)
      
			
      
				2019-05-13 09:36:09
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      一個(gè)國際研究小組已經(jīng)確定了通道視紫紅質(zhì)2的三維結(jié)構(gòu)，這是一種廣泛用于光遺傳學(xué)的膜蛋白，用于控制神經(jīng)細(xì)胞的光照。光遺傳學(xué)是一種相對較新的技術(shù)，涉及利用光來操縱生物體內(nèi)的神經(jīng)和肌肉細(xì)胞。類似的方法用于部分逆轉(zhuǎn)聽力和視力的喪失并控制肌肉收縮。
      

      揭示了原代光遺傳工具的結(jié)構(gòu)
      

      此外，光遺傳學(xué)方法被用于研究天然神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的特性，這些網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)生物體內(nèi)的情緒，決策和其他復(fù)雜過程。光遺傳學(xué)是大自然的“2010年度方法”，并被列入科學(xué)的“2010年的突破和十年的見解”。
      

      Channelrhodopsin 2或ChR2是一種主要的光遺傳學(xué)工具。它是一種光敏蛋白質(zhì)，最初于2003年從一種名為Chlamydomonas reinhardtii的綠藻中提取出來?？茖W(xué)家可以將ChR2插入活細(xì)胞的膜中來控制它。當(dāng)被照射時(shí)，該蛋白質(zhì)允許帶正電荷的離子通過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞。在神經(jīng)細(xì)胞中，這使膜去極化，模仿神經(jīng)沖動(dòng)的作用并使這種特殊的神經(jīng)元發(fā)射。
      

      由于ChR2工作速度快，對細(xì)胞相對無害，因此它是目前神經(jīng)細(xì)胞活化的首選解決方案。一系列人工誘導(dǎo)的突變可用于改變蛋白質(zhì)的特性。例如，可以增加它產(chǎn)生的電流或改變它響應(yīng)的光的波長。這些修改使實(shí)驗(yàn)者能夠使用適合其需要的蛋白質(zhì)。研究人員甚至可以將幾種蛋白質(zhì)變體結(jié)合起來，在不同波長的光下產(chǎn)生明顯的反應(yīng)
      

      迄今為止，用于修飾ChR2特性的大多數(shù)突變或多或少地隨機(jī)引入 - 或者通過定向進(jìn)化或基于已知蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。最接近現(xiàn)實(shí)的ChR2結(jié)構(gòu)的研究人員是一種名為C1C2的奇怪組合，其中70%基于ChR1，一種相關(guān)蛋白，其余基于實(shí)際的ChR2。這種混合結(jié)構(gòu)不能解釋蛋白質(zhì)的所有特性。因此，該模型預(yù)測的突變不太現(xiàn)實(shí)，因此對光遺傳學(xué)的興趣有限。
      

      為了揭示ChR2的結(jié)構(gòu)，該研究的作者使用了一種稱為X射線衍射的分析技術(shù)，該技術(shù)僅適用于晶體形式的樣品。這些是研究人員通過細(xì)觀結(jié)晶獲得的。也就是說，蛋白質(zhì)晶體在所謂的立方脂質(zhì)中間相中生長 - 這種介質(zhì)允許蛋白質(zhì)自由移動(dòng)而不離開膜。為了確定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，用約1埃波長的X射線照射它們的晶體，該光線略小于蛋白質(zhì)中原子之間鍵的長度。在X射線晶體學(xué)中，通過分析樣品如何散射輻射來導(dǎo)出結(jié)構(gòu)。
      

      “嘗試解決ChR2的結(jié)構(gòu)可以追溯到2003年發(fā)現(xiàn)它。但是盡管來自世界各地的眾多研究小組努力，但蛋白質(zhì)在其天然狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)仍然未知，”Valentin Borshchevskiy說。 ，該論文的作者之一，MIPT膜蛋白高級研究實(shí)驗(yàn)室副主任。“現(xiàn)在我們已經(jīng)有了這個(gè)結(jié)構(gòu)，可以將有意義的突變引入到蛋白質(zhì)中，以根據(jù)特定實(shí)驗(yàn)的要求調(diào)整其特性。不知道結(jié)構(gòu)，我們不得不通過反復(fù)試驗(yàn)來解決有用的突變，或者與有關(guān)蛋白質(zhì)的數(shù)據(jù)。“
      
			

			
        
      
			
      
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