Універсальний вимикач для керованих світлом елементів Структура світлодіодного іонного насоса KR2 може

Вчені з Юліха, Гренобля, Франкфурта та Москви розкрили атомну структуру KR2 - легкого транспортера для іонів натрію, який було нещодавно відкрито. На основі структурної інформації команда потім визначила простий спосіб перетворення KR2 із натрієвого- в калієвий насос за допомогою простих засобів. Вбудований у нейрони, це може зробити KR2 цінним інструментом для оптогенетики - нової галузі досліджень, яка використовує світлочутливі білки як молекулярні перемикачі для точного контролю активності нейронів та інших електрично збудливих клітин за допомогою світлових імпульсів. Результати були опубліковані в журналі Nature Structural and Molecular Biology.

вимикач

У 2013 році вчені зробили несподіване відкриття під час дослідження морської бактерії Krokinobacter eikastus. У своїй клітинній мембрані бактерія мала раніше невідомий тип іонного транспортера. Білок, який отримав назву KR2, належить до групи світлочутливих білків, які стали основою дослідницької галузі оптогенетики. Під впливом світла ці білки дозволяють зарядженим частинкам надходити в клітину або транспортувати їх за межі клітини. Інтеграція цих іонних транспортерів у нейрональну мембрану дозволяє змінити їх стан заряду за допомогою світлових імпульсів, що дозволяє точно контролювати їх діяльність. Цей метод швидко утвердився, зокрема, у нейронауках. Однак в даний час для цього доступно лише кілька білків, і кожен з цих білків був проникним лише для певних іонів.

KR2 транспортує позитивно заряджені іони натрію з клітини, що є особливістю, якої до цього часу не було в наборі оптогенетики. Однак до цих пір ні точна атомна структура, ні механізм транспорту іонів не були відомі - що є важливою передумовою використання KR2 та адаптації його для конкретних застосувань. Цей виклик пробудив інтерес групи структурних біологів на чолі з професором Валентином Горделієм, який очолює дослідницькі групи в Інституті складних систем (ICS-6) у Форшунгсцентрум Юліх, Німеччина, в Інституті біології Структури в Греноблі, Франція, і в Московському фізико-технічному інституті в Росії. За допомогою рентгенівської кристалографії команда отримала перші 3D-структурні зображення з високою роздільною здатністю єдиного білка та п'ятичастинного комплексу, які молекула KR2 спонтанно утворює у фізіологічних умовах.