Ещё
Хирурги достали ложку из живота мужчины
Хирурги достали ложку из живота мужчины
Новости
Названы факторы, увеличивающих риск диабета
Названы факторы, увеличивающих риск диабета
Новости
Семена чиа снижают риск развития рака
Семена чиа снижают риск развития рака
Народная медицина
Девушка заснула с головной болью и не проснулась
Девушка заснула с головной болью и не проснулась
Новости

Биофизики расшифровали подлинную структуру родопсина KR2 

Биофизики расшифровали подлинную структуру родопсина KR2
Фото: Индикатор
Российские ученые совместно с зарубежными коллегами впервые в мире раскрыли и исследовали структуру белка-родопсина KR2 в физиологических условиях. Эта пионерская работа сулит новый прорыв в одной из самых актуальных биомедицинских дисциплин — оптогенетике — и таких ее практических применениях, как лечение широко распространенных неврологических заболеваний. Работа ученых опубликована в журнале Science Advances.
Оптогенетика — новейшая биофизическая и биомедицинская дисциплина, изучающая возможности и практики управления нервными и мышечными клетками живого организма при помощи направленного воздействия световым излучением. Методы оптогенетики уже сегодня позволяют частично восстанавливать потерянные зрение и слух, управлять сокращением мышц при потере контроля над ними в результате неврологических заболеваний. Но главное — эти методы дают возможность глубокого изучения сетей нейронов, которые отвечают за наши эмоции, принятие решений и другие фундаментальные процессы в живых организмах.
Несколько лет назад в клеточной мембране морской бактерии Krokinobacter eikastus был обнаружен новый, ранее неизвестный тип транспортера ионов — белок-родопсин, получивший название KR2. Он принадлежит к группе светочувствительных белков, которые как раз и использует оптогенетика. Под воздействием света подобные белки позволяют заряженным частицам — ионам — проникать в клетку или выходить из нее. Внедрив такие транспортеры ионов в нейронную мембрану, ученые получают возможность при помощи направленных световых импульсов влиять на потенциал клеточной мембраны нейронов, контролируя их активность.
KR2 оказался способным целенаправленно выводить из клетки конкретный вид ионов — ионы натрия. Он «выкачивает» их из клетки, а не пропускает в обе стороны. Соответственно, KR2 именуют «насосом». К тому же, его мутантные формы способны качать сквозь клеточную мембрану ионы не только натрия, но и калия. Встраивание KR2 в клеточную мембрану нейронов теоретически могло бы обеспечить возможность полного контроля за активностью нервных клеток.
Но волна исследований, порожденная открытием нового «насоса», столкнулась и с некоторыми весьма загадочными свойствами родопсина. В частности, оказалось, что несколько групп исследователей в ходе своей работы обнаружили и описали в общей сложности целых пять отличающихся друг от друга структур многообещающего белка. Примечательно, что в части этих структур пять молекул белка были организованы в устойчивый пентамер, в то время как в оставшихся присутствовали только мономеры белка.
«Перед учеными встал драматический вопрос: а какую же из этих структур считать правильной? — рассказывает один из основных авторов работы, аспирант МФТИ Кирилл Ковалев. — Вообще говоря, все найденные структуры оказались довольно схожими, но ведь дьявол в деталях: именно от них зависят возможности применения вновь открытого объекта в научной и клинической практике».
И вот в результате работы группы ученых во главе с физтехами выяснилось происхождение пугающего многообразия структур нового белка. Оно оказалась порождено тем, что разные группы исследователей изучали KR2 в не полностью одинаковых условиях. Между тем, обладающий уникальными свойствами белок синтезируется организмом бактерии, обитающей в океане при очень специальных параметрах окружающей среды: ее окружает водная толща со строго определенной концентрацией соли, кислотностью, водородным показателем pH. Именно и только при этих условиях белок делает то, чего от него ждут ученые, — качает ионы натрия, формируя при этом пентамеры в мембране клеток.
«Мы впервые смоделировали так называемые физиологические условия существования и работы KR2 и в результате описали «правильную» структуру нового белка, которая возникает при надлежащих свойствах окружающей среды. Мы показали, что функциональной единицей белка является именно пентамер, — поясняет Валентин Горделий, руководитель Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний в МФТИ и в Институте структурной биологии в Гренобле. — Заодно удалось объяснить, из-за чего возникли серьезные погрешности в прежних многочисленных исследованиях структуры объекта».
Специалисты считают, что знание подлинной структуры революционного для оптогенетики родопсина KR2 в физиологических условиях не только является фундаментальным для понимания механизма работы белка, но и открывает множество новых грандиозных возможностей для изучения работы нервной системы живых организмов, моделирования новых инструментов оптогенетики и их применения в медицинской практике.
Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс. Новостей и читайте нас чаще.
Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.
Видео дня. Почему на пальцах вырастают шишки
Комментарии
Читайте также
Новости партнеров
Новости партнеров
Больше видео