Биохимики и кристаллографы из нескольких европейских университетов построили подробную модель молекулы каналородопсина-2 и предложили механизм его работы. Этот белок из водорослей используется в оптогенетических исследованиях. Его «вставляют» в мембраны нервных клеток, а затем светят на них, из-за чего каналородопсин-2 активируется и заставляет нейроны посылать сигналы. Знания о структуре данного белка позволят более прицельно использовать его.
То, что молекула каналородопсина-2 имеет сложную структуру, было понятно и раньше. Он включает в себя несколько альфа-спиралей — участков цепочки аминокислот, уложенных определенным образом. Чтобы понять, как они взаимодействуют друг с другом, исследователи изменяли последовательность нуклеотидов в различных участках гена, кодирующего каналородопсин-2. Белки, считанные с таких мутантных генов, переводили в кристаллическое состояние и смотрели, как изменится при этом строение и взаимное расположение компонентов каналородопсина-2. Картина строения этой молекулы была получена в весьма высоком разрешении — 2,4 ангстрема.
Ученые не только определили структуру каналородопсина-2, но и предположили, каков возможный механизм активации молекул этого белка под действием света. Каналородопсин-2 представляет собой цилиндр, встроенный в клеточную мембрану. Через его просвет внутрь клетки могут проходить положительно заряженные ионы водорода, кальция и некоторых других элементов, после чего эта клетка активируется и посылает электрические импульсы другим нейронам. Чтобы это произошло, нужно открыть все «заслонки» в этом цилиндре. Это происходит при изменении структуры ряда участков молекулы каналородопсина-2, вызываемых облучением светом определенной длины волны.
Несмотря на то, что белок уже более десяти лет активно используется в оптогенетических исследованиях (управления различными участками мозга под действием света), особенности его строения и механизм работы до настоящего момента не были детально известны. Работа, в выполнении которой активно участвовали российские ученые, закрыла этот крупный пробел. Благодаря новым данным можно будет использовать каналородопсин-2 более эффективно.
Соответствующая статья опубликована в журнале Science.
Недавно исследователи из МФТИ открыли улучшенный аналог каналородопсина — ксенородопсин.