Vědci objevili nový draslíkový kanál v neuronech s otevřeným světlem

Souhrn: Výzkumníci uvádějí, že identifikovali první přirozený draslíkový kanál s průchodem světla – rodopsin.

zdroj: Baylor College of Medicine

Hlavním způsobem, jak porozumět mozku, je pozorovat behaviorální účinky ovlivnění určitých skupin neuronů. Jeden z nejběžnějších přístupů k řízení neuronální aktivity v modelových systémech se nazývá optogenetika a je založen na expresi světlem řízených mikrobiálních kanálů v zájmových neuronech.

Tyto kanály fungují jako spínače reagující na světlo, zapínají neurony záblesky světla a jsou dostupné od roku 2005. Jedním z kritických způsobů, jak potvrdit funkci populace neuronů, je opakovat experiment, ale tentokrát vypnutím nebo ztišením stejné neuronální subpopulace. Neurovědecká komunita však postrádala rychlou a účinnou metodu pro zastavení nebo umlčení neuronů – až dosud.

Výzkumníci z University of Texas Health Science Center v Houston McGovern School of Medicine, Baylor College of Medicine, Rice University a University of Guelph, Ontario, Kanada, hlásí novou třídu světlovodů, které slibují rychlé vydláždění cesty. Optické neurony jsou účinně umlčeny.

Publikováno v přírodní neurovědyV tomto článku vědci popisují, jak identifikovali první přirozený (kalium) světlem ovládaný draslíkový kanál (KCR).

„Světlem aktivovaný draslíkový kanál byl dlouho hledán jako tlumič neuronů, protože přirozeně a globálně vedení draslíku přepolarizuje neuronální membrány, ukončuje akční potenciály a obnovuje depolarizované neurony na jejich latentní klidovou membránu,“ řekl hlavní autor studie Dr. Robert Welch Distinguished Chair in Chemistry na McGovern College of Medicine.

Pomocí systematického screeningu necharakterizovaných opsinů (proteinů, které se vážou na chemické látky reagující na světlo) na jejich elektrické vlastnosti, výzkumníci hledali rhodopsinový kanál s nepolapitelnou selektivitou draslíku pomocí svorkového fotoproudového screeningu genů kódujících opsin bez známé funkce vyjádřené v HEK293. buňky.

„Naše strategie screeningu zahrnuje zaměření na opsin z organismů, které se liší svým metabolismem a prostředím od dříve studovaných organismů opsinu, a proto se pravděpodobně vyvinuly různé funkce opsinu, které jsou přizpůsobeny různým selekčním tlakům. během svého vývoje,“ Spudich řekl.

„Tato strategie nás vedla k genům kódujícím opsin ze sekvenovaného genomu Hyphochytrium catenoides, primitivního, nefotosyntetického heterotrofu připomínajícího houbu jak fylogeneticky, tak fyziologicky kromě řas, které obsahují blízce příbuzné CCR selektivní pro sodík.“

„Zjistili jsme, že rhodopsinové kanály H. catenoides – pojmenovali jsme je HcKCR1 a HcKCR2, pro H.,“ řekla Dr. Elena Govoronova, docentka v laboratoři Spuditch a první autorka.

„Zejména poměr permeability (PK/PNa) 23 činí z HcKCR1 výkonný depolarizační nástroj k potlačení vystřelování vzrušivých neuronů při osvětlení.“

Laboratoř Dr. Mingshana Xue v Baylor Institute a Caen Foundation Laboratories a Institut neurologického výzkumu Jeana a Dana Duncanových v Texaské dětské nemocnici testovaly tyto nové nástroje v neuronech.

„Když můj student Yueyang Gou exprimoval HcKCR1 v myších neuronech a použil záblesk světla, neurony elektricky ztichly. Tento kanál překonává mnohá omezení předchozích inhibitorů a bude kritickým nástrojem, který nám pomůže porozumět funkci mozku.“

Dále postgraduální student Xiaoyu Lu v laboratoři St-Pierre na Baylor University a Rice University prokázal, že umlčení lze také dosáhnout pomocí dvoufotonové excitace, což je běžná technika pro zacílení jednotlivých neuronů in vivo s vysokým časoprostorovým rozlišením.

Francois St-Pierre, docent neurověd na Baylor and McNair Scientist a spoluautor této práce.

„Tato práce je skvělým příkladem toho, jak může multiinstitucionální spolupráce v Houstonu přinést inovativní výzkum. Houston vyniká jako hlavní místo pro vývoj a aplikaci nejnovější molekulární neurotechnologie,“ řekl St. Pierre.

viz také

Od nynějška bude skupina hodnotit schopnost KCR umlčet neurony in vivo a pokračovat ve studiu jejich biofyzikálních mechanismů pro vytvoření lepších variant. Z dlouhodobého hlediska také doufají, že KCR by mohl být použit k léčbě poruch draslíkových kanálů, jako je epilepsie, Parkinsonova choroba, syndrom dlouhého QT intervalu a další arytmie.

O tomto výzkumu v Neuroscience News

autor: Graciela Gutierrezová
zdroj: Baylor College of Medicine
Kontakt: Graciela Gutierrez – Baylor College of Medicine
obrázek: Obrázek je ve veřejné doméně

původní hledání: Přístup uzavřen.
„Dlouho očekávaný objev draslíkových kanálů řízených světlem: přirozený kanál draslíku a rodopsinuNapsal John Spodich a kol. přírodní neurovědy

souhrn

Dlouho očekávaný objev draslíkových kanálů řízených světlem: přirozený kanál draslíku a rodopsinu

Uvádíme kanály se světelnou bránou ve výchozím materiálu podobnému houbě, které jsou vysoce selektivní pro K.⁺ více než na⁺.

Tyto mikrobiální rhodopsinové kanály, nazývané kalium channelrhodopsin, umožňují robustní inhibici myších kortikálních neuronů s milisekundovou přesností.

Kromě toho kalium channelrhodopsiny odhalují dříve neznámý kalium-selektivní mechanismus.