Вчені розшифрували структуру важливого для оптогенетики білка

Білок-родопсин KR2, впроваджений у клітинну мембрану (зображена на малюнку у вигляді блакитних дисків), пропускає або блокує іони натрію залежно від впливу світла. Джерело: Kirill Kovalev et al.

Міжнародна група дослідників розкрила і вивчила структуру білка-родопсина KR2 у фізіологічних умовах. Ця робота обіцяє прорив в одній з найактуальніших біомедичних дисциплін - оптогенетиці - і таких її практичних застосуваннях, як лікування поширених неврологічних захворювань.

Робота опублікована в журналі Science Advances.

Оптогенетика - біофізична і біомедична дисципліна, що вивчає можливості і практики управління нервовими і м'язовими клітинами живого організму за допомогою спрямованого впливу світловим випромінюванням.

Виявлений кілька років тому білок-родопсин KR2 належить до групи світлочутливих білків, які і використовує оптогенетика. Під впливом світла вони дозволяють зарядженим частинкам - іонам - проникати в клітку або виходити з неї. Впроваджуючи подібні білки в нейронну мембрану, вчені отримують можливість спрямованими світловими імпульсами управляти активністю нервових клітин.

Але хвиля досліджень, породжена відкриттям KR2, зіткнулася з деякими досить загадковими властивостями цього родопсина. Зокрема, виявилося, що кілька груп дослідників в ході своєї роботи виявили і описали в цілому цілих п'ять структур багатообіцяючого білка, що відрізняються один від одного.

"І постало драматичне питання: а яку ж з цих структур вважати правильною? "- розповідає один з основних авторів роботи, аспірант МФТІ Кирило Ковальов.

І ось тепер з'ясувалися причини лякаючого різноманіття структур нового білка. Воно виявилося породжене тим, що різні групи дослідників вивчали KR2 в не повністю однакових умовах. Між тим, білок синтезується організмом бактерії, що мешкає в океані при дуже спеціальних параметрах навколишнього середовища, і тільки при них він володіє своїми унікальними властивостями.

«Ми вперше змоделювали так звані фізіологічні умови існування і роботи KR2 і в результаті описали саме ту структуру нового білка, яка виникає при належних властивостях навколишнього середовища», - пояснює Валентин Горделій, керівник Центру досліджень молекулярних механізмів старіння і вікових захворювань в МФТІ і в Інституті структурної біології в Греноблі.

Фахівці вважають, що знання справжньої структури революційного для оптогенетики родопсина у фізіологічних умовах відкриває грандіозні можливості для вивчення роботи нервової системи живих організмів, моделювання нових інструментів оптогенетики та їх застосування в медичній практиці.

Крім співробітників Центру досліджень молекулярних механізмів старіння і вікових захворювань МФТІ, в роботі брали участь вчені з Інституту структурної біології (фр. Institut de Biologie Structurale) Університету Гренобль-Альпи (фр. Université Grenoble Alpes-CEA-CNRS), Юліхського дослідницького центру (нім. Forschungszentrum Jülich GmbH, FZJ), Інституту кристалографії (нім. Institut für Kristallographie) Рейнсько-Вестфальського технічного університету Ахена (нім. Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen), Європейського центру синхротронного випромінювання (European Synchrotron Radiation Facility, Grenoble), Інституту біофізики Товариства Макса Планка (нім. Max Planck Institute of Biophysics, Frankfurt am Main).