Изследователите откриват нов светлинен калиев канал в невроните

Резюме: Изследователите съобщават, че са идентифицирали първия естествен светлинен калиев канал – родопсин.

източник: Медицински колеж Бейлър

Основният начин да разберем мозъка е да наблюдаваме поведенческите ефекти от засягането на определени групи неврони. Един от най-често срещаните подходи за контролиране на невронната активност в моделни системи се нарича оптогенетика и се основава на експресията на светлинно затворени микробни канали в интересуващите ни неврони.

Тези канали действат като реагиращи на светлина превключватели, включващи неврони със светкавици и са налични от 2005 г. Един критичен начин да се потвърди функцията на популациите от неврони е да се повтори експериментът, но този път чрез изключване или заглушаване на същите невронни субпопулации. Въпреки това общността на невронауките нямаше бърз и ефективен метод за спиране или заглушаване на неврони – досега.

Изследователи от Центъра за здравни науки на Тексаския университет в Медицинския факултет на Хюстън Макгавърн, Медицинския колеж Бейлър, Университета Райс и Университета на Гуелф, Онтарио, Канада, съобщават за нов клас светлинни канали, които обещават бързо да проправят пътя. Оптичните неврони са ефективно заглушени.

Публикувано в естествена невронаукаВ тази статия изследователите описват как са идентифицирали първия естествен (калиев) светлинен калиев канал (KCR).

„Светлинно активираният калиев канал отдавна се търси като невронен заглушител, тъй като естествено и глобално провеждането на калий свръхполяризира невронните мембрани, прекратява потенциалите за действие и възстановява деполяризираните неврони до латентната мембрана в покой“, каза водещият автор на изследването д-р. Робърт Уелч, изтъкнат председател по химия в Медицинския колеж Макгавърн.

Използвайки систематичен скрининг на нехарактеризирани опсини (протеини, които се свързват със светлинно-реактивни химикали) за техните електрически свойства, изследователите са търсили родопсинов канал с неуловима калиева селективност, използвайки фототоков скрининг на опсин-кодиращи гени без известна функция, експресирана в HEK293 клетки.

„Нашата стратегия за скрининг включва фокусиране върху опсин от организми, които се различават по своя метаболизъм и местообитание от предишни изследвани опсинови организми и следователно е вероятно да са развили различни функции на опсин, които са адаптирани към различен селективен натиск по време на своето развитие,“ Spudich казах.

„Тази стратегия ни доведе до два опсин-кодиращи гена от секвенирания геном на Hyphochytrium catenoides, нефотосинтетичен, хетеротрофен примитивен организъм, който наподобява както филогенетично, така и физиологично далеч от водорасли, съдържащи тясно свързани натриево-селективни CCR.“

„Открихме, че родопсиновите канали на H. catenoides – нарекохме ги HcKCR1 и HcKCR2 за H.“, каза д-р Елена Говоронова, доцент в лабораторията Spuditch и първи автор.

„По-специално, съотношението на пропускливост (PK/PNa) от 23 прави HcKCR1 мощен деполяризиращ инструмент за потискане на изстрелването на възбудими неврони при осветяване.“

Лабораторията на д-р Mingshan Xue в Baylor Institute и Caen Foundation Laboratories, както и Jean and Dan Duncan Institute of Neurological Research в Texas Children’s Hospital тестваха тези нови инструменти в неврони.

„Когато моят ученик Yueyang Gou експресира HcKCR1 в миши неврони и приложи светкавица, невроните станаха електрически безшумни. Този канал преодолява много ограничения на предишни инхибитори и ще бъде критичен инструмент, който да ни помогне да разберем мозъчната функция.“

След това студентът Xiaoyu Lu в лабораторията St-Pierre в университета Baylor и университета Rice демонстрира, че заглушаването може да бъде постигнато и с помощта на двуфотонно възбуждане, обща техника за насочване на отделни неврони in vivo с висока пространствено-времева разделителна способност.

Франсоа Сен-Пиер, доцент по неврология в Baylor and McNair Scientist и съавтор на тази работа.

„Тази работа е чудесен пример за това как едно мултиинституционално сътрудничество в Хюстън може да доведе до иновативни изследвания. Хюстън се откроява като основно място за разработване и прилагане на най-новите молекулярни невротехнологии“, каза Сейнт Пиер.

Вижте също

Отсега нататък групата ще оцени способността на KCR да заглушават невроните in vivo и ще продължи да изучава техните биофизични механизми, за да създаде по-добри варианти. В дългосрочен план те също така се надяват, че KCR може да се използва за лечение на нарушения на калиевия канал като епилепсия, болест на Паркинсон, синдром на удължен QT интервал и други аритмии.

Относно тези новини за изследване на невронауките

автор: Грасиела Гутиерес
източник: Медицински колеж Бейлър
Контакт: Грасиела Гутиерес – Медицински колеж Бейлър
снимка: Изображението е обществено достояние

оригинално търсене: Достъпът е затворен.
„Дългоочакваното откритие на светлинно затворени калиеви канали: естествен калий-родопсинов каналНаписано от Джон Сподич и др. естествена невронаука

Резюме

Дългоочакваното откритие на светлинно затворени калиеви канали: естествен калий-родопсинов канал

Ние съобщаваме за светлинни канали в подобен на гъбички изходен материал, които са силно селективни за K.⁺ повече от на⁺.

Тези микробни родопсинови канали, наречени калиев канал родопсин, позволяват стабилно инхибиране на миши кортикални неврони с милисекунда точност.

В допълнение, родопсините на калиеви канали разкриват неизвестен досега калиев селективен механизъм.