Halorrodopsina
A halorrodopsina é unha proteína de membrana que funciona como bomba iónica regulada pola luz, específica para os ións cloruro, que se encontra en arqueas filoxeneticamente moi antigas, chamadas halobacterias. É unha proteína sete-transmembrana da familia da proteína retinilideno, homóloga á bomba de protóns impulsada pola luz bacteriorrodopsina, e similar na súa estrutura terciaria (pero non na primaria ou secuencia de aminoácidos) ás rodopsinas de vertebrados, que son os pigmentos sensibles á luz da retina. A halorrodopsina tamén comparte semellanza de secuencia coa canalrodopsina, outra canle iónica impulsada pola luz. A halorrodopsina contén o derivado esencial da vitamina A isomerizable pola luz todo-trans-retinal. Debido aos intensos esforzos realizados para resolver a estrutura secundaria e a función desta molécula, a halorrodopsina é unha das poucas proteínas de membrana da que se coñece a súa estrutura cristlina.
A halorrodopsina utiliza a enerxía da luz verde/amarela para mover ións cloruro ao interior da célula, superando o potencial de membrana. Ademais de cloruros transporta outros haluros e nitratos á célula. A captación de cloruro potásico polas células axuda a manter o equilibrio osmótico durante o crecemento celular, pero é custosa enerxeticamente. Ao realizaren esta mesma tarefa, as bombas aniónicas impulsadas pola luz poden reducir considerablemente o uso de enerxía metabólica. As propiedades da halorrodopsina son similares ás da bacteriorrodopsina, e estas dúas bombas de ións impulsadas pola luz transportan ións en sentidos opostos: a bacteriorrodopsina expulsa catións e a halorrodopsina introduce anións.
Poden encontrarse isoformas da halorrodopsina en moitas especies de halobacterias, como en Halobacterium salinarum, e Natronobacterium pharaonis. Estanse estudando as súas diferenzas e utilizándoas para analizar cada parte do fotociclo e as súas propiedades como bombas. Despois das bacteriorrodopsinas, as halorrodopsinas poden ser as opsinas de tipo I (microbiana) mellor estudadas. O pico de absorbancia do complexo halorrodopsina retinal é duns 570 nm.
Aplicacións
[editar | editar a fonte]A halorrodopsina, igual que ocorre coa canle iónica activada pola luz azul canalrodopsina-2, que ten a capacidade de activar con breves pulsos de luz azul a células excitables (neuronas, células musculares e pancreáticas, e células inmunitarias), ten a capacidade de silenciar células excitables con breves pulsos de luz amarela. Deste xeito, a halorrodopsina e a canalrrodopsina xuntas permiten unha activación óptica con varias cores, silenciando, e desincronizando a actividade neural, o que supón que son unha poderosa ferramenta de neuroenxeñaría.[1][2]
A halorrodopsina de Natronomonas (NpHR) foi utilizada para conseguir a inhibición de potenciais de acción de neuronas en sistemas de mamíferos. Como a activación pola luz da NpHR causa un fluxo de ións cloro cara ao interior da célula, que é parte do proceso natural de xerar hiperpolarización, a inhibición neuronal inducida pola NpHR funciona moi ben nas neuronas. As canle da NpHR orixinais cando se expresan en células de mamíferos, mostran unha tendencia a acumularse no retículo endoplasmático das células.[3] Para superar os problemas relativos á localización subcelular, engadiuse á secuencia da NpHR un motivo proteico de exportación do retículo endoplasmático. Esta NpHR modificada (chamada eNpHR2.0) foi utilizada con éxito para impulsar a expresión a alto nivel e sen agregación da NpHR in vivo.[4] Porén, mesmo a forma modificada da NpHR presenta unha pobre localización na membrana da célula. Para conseguir unha localización na membrana maior fixéronselle máis modificacións ao engadírselle un sinal de exportaión do aparato de Golgi e un sinal de tráfico de membrana dunha canle de potasio (Kir2.1). A adición do sinal Kir2.1 mellorou significativamente a localización na membrana da NpHR e esta forma modificada por enxeñaría da NpHR denominouse eNpHR3.0 [5]
Notas
[editar | editar a fonte]- ↑ Zhang F, Wang L, Brauner M, Liewald J, Kay K, Watzke N, Wood P, Bamberg E, Nagel G, Gottschalk A, Deisseroth K (April 2007). "Multimodal fast optical interrogation of neural circuitry". Nature 446 (7136): 633–639. PMID 17410168. doi:10.1038/nature05744.
- ↑ Han X, Boyden ES (March 2007). "Multiple-color optical activation, silencing, and desynchronization of neural activity, with single-spike temporal resolution". PLoS ONE 2: e299. PMC 1808431. PMID 17375185. doi:10.1371/journal.pone.0000299.
- ↑ Gradinaru, V., Thompson, K.R., Deisseroth, K. (2008). "eNpHR: A Natronomonas halorhodopsin enhanced for optogenetic applications". Brain Cell Biology 36: 129–139. PMC 2588488. PMID 18677566. doi:10.1007/s11068-008-9027-6.
- ↑ Gradinaru, Viviana; Mogri, M.; Thompson, K.R.; Henderson, J.M.; Deisseroth, K (2009). "Optical deconstruction of parkinsonian neural circuitry". Science 324 (5925): 354–359. PMID 19299587. doi:10.1126/science.1167093.
- ↑ Gradinaru, Viviana; Feng Zhang; Charu Ramakrishnan; Joanna Mattis; Rohit Prakash; Ilka Diester; Inbal Goshen; Kimberly R. Thompson; Karl Deisseroth (2010). "Molecular and Cellular Approaches for Diversifying and Extending Optogenetics". Cell 141 (1): 154–165. PMID 20303157. doi:10.1016/j.cell.2010.02.037.
Ligazóns externas
[editar | editar a fonte]- Synthetic Neurobiology Group, MIT: A halorodopsina media o silenciamento óptico de neuronas
- Halorhodopsin Medical Subject Headings (MeSH) na Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA.
- Optogenetics Resource Center
- UMichOPM superfamily 6 - Estruturas e orientacións das rodopsinas bacterianas na membrana
