МФТИ:Учёным удалось раскрыть структуру мембранного белка, которую оптогенетики искали 14 лет

Фото: indolgoprud.ru
Коллаборация учёных из МФТИ, Forschungszentrum Jülich, ESRF, IBS и MPI получила трёхмерную структуру канального родопсина ChR2 — мембранного белка, который широко используется в оптогенетике для управления нервными клетками при помощи света. Статья опубликована в престижном журнале Science. Там же вышел отзыв о ее значимости одного из ведущих ученых в этой области. «Получением структуры, безусловно, занималось много разных групп по всему миру с самого открытия ChR2 в 2003 году, однако без особых успехов — до сих пор структуры белка в его естественном виде известно не было. Наличие структуры позволит оптогенетике делать осмысленные мутации в белке, подстраивая его под конкретные эксперименты. Конечно, раньше это было невозможно и большинство мутаций делались трудоёмким перебором или на основании структур родственных белков», — комментирует открытие Валентин Борщевский, заместитель заведующего лабораторией перспективных исследований мембранных белков МФТИ и первый автор статьи.

Оптогенетика  — современная методика, которая позволяет при помощи света управлять нервными или мышечными клетками в живом организме. Кроме того, схожие методы используются для того, чтобы частично восстанавливать потерянное зрение и слух, управлять сокращением мышц. Методы оптогенетики так же используются для того, чтобы изучать свойства естественных нейронных сетей, которые отвечают за эмоции, принятие решений и другие сложные процессы в живых организмах. В 2010 году оптогенетика была отмечена методом года редакцией престижного научного журнала Nature и прорывом десятилетия журналом Science в том же году.

Наиболее распространённый инструмент оптогенетики  — светочувствительный белок ChR2, выделенный в начале XXI века из зелёных водорослей Chlamydomonas reinhardtii. Учёные встраивают этот белок в мембраны живых клеток. Под действием света он открывается, пропуская через клеточную мембрану внутрь клетки положительные ионы. В  случае нервной клетки это запускает деполяризацию мембраны, имитируя прохождение по ней нервного сигнала и активируя конкретный нейрон.

На  данный момент канальный родопсин ChR2  — наиболее распространённый инструмент для активации нервных клеток, который используется повсеместно, в основном благодаря своей высокой скорости работы и относительной безвредности для клеток. Существует множество искусственных мутаций ChR2, которые модифицируют его свойства  — например, увеличивают величину генерируемого тока или длину волны света, на который он «откликается». Такой спектр модификаций позволяет подбирать белок под конкретный эксперимент на живых клетках, варьируя скорость его работы или используя различные модификации, которые откликаются на разную длину волны и могут работать независимо друг от друга.

Большинство мутаций, однако, сделаны сравнительно вслепую, методом направленной эволюции или исходя из данных по структурам похожих белков. Самая похожая структура, имеющаяся на данный момент  — химера C1C2, в структуре которой примерно 70% от родственного белка ChR1 и 30% от ChR2. Эта структура, однако, не позволяет полностью объяснить все свойства белка, а значит, и интересные для оптогенетики мутации, спрогнозированные по этой структуре, не несут особенной правдоподобности.

Чтобы изучить структуру белка, учёные использовали метод рентгеновской кристаллографии. Для его использования необходимо получить кристалл, в узлах которого сидят молекулы белка. Это было сделано при помощи кристаллизации in meso  — метода получения кристаллов мембранных белков, при котором для роста кристаллов используется особая среда, позволяющая белкам свободно перемещаться в пространстве, не выходя при этом из мембраны  — липидная кубическая фаза. После этого кристаллы облучают рентгеновским излучением с длиной волны порядка 1 ангстрема (чуть меньше длины межатомной связи в белке) и снимаются данные рентгеновской дифракции, из которых затем восстанавливается структура белка.

 

Работа поддержана объединённой программой Agence Nationale de la Recherche (Франция) и Deutsche Forschungsgemeinschaft (Германия) (ANR-15-CE11-0029-02), специальным соглашением CEA(IBS)-HGF(FZJ) STC 5.1, ERA.Net RUS Plus (ID 323) и Российским научным фондом (16-15-00242).

 
 
По теме
Развитие сферы здравоохранения обсудили в заключительный день семинара по эффективному управлению в Подмосковье - Правительство Московской области Источник: Пресс-служба Губернатора Московской области , Денис Трудников Первоочередные задачи в сфере здравоохранения обсудили в заключительный день семинара «Современные принципы эффективного управления» в Подмосковье,
20.10.2018
Три крупных объекта здравоохранения спроектируют в Подмосковье в 2019 году - Правительство Московской области Источник: © , Мытищинское информационное агентство, Мария Бердюкова В Московской области в следующем году спроектируют три крупных объекта здравоохранения, в частности, детскую областную больницу в Красногорске,
20.10.2018
 
Медицинские организации Подмосковья ждет укрупнение для более эффективной работы - Правительство Московской области Источник: Министерство здравоохранения Московской области В Подмосковье медицинские организации будут укрупнять для повышения эффективности их работы,
20.10.2018
В Подмосковье организуют специальную службу врачей для выезда к пациентам - РТВ-Подмосковье ©   istockphoto.com Отдельную службу неотложной помощи пациентам на дому планируют организовать в Московской области, об этом сообщил на семинаре для управленцев в Истре министр здравоохранения региона Дмитрий Матвеев.
20.10.2018
Сегодня — Всемирный День борьбы с остеопорозом: Советы врачей Орехово-Зуевской ЦГБ - Орехово-Зуевская правда Ломота в теле и суставах, боль в нижней части спины, сутулость, ломкие ногти и волосы — эти симптомы могут свидетельствовать о первых признаках развивающегося остеопороза,
20.10.2018 Орехово-Зуевская правда
17 октября в ГЦНТиД «Лепсе» прошло торжественное мероприятие в честь 80-летия одного из старейших учреждений здравоохранения – туберкулезной больницы имени А.Е.
19.10.2018 Газета Сенеж
Об этом стало известно во время рабочей поездки 18 октября по лечебным учреждениям Балашихи нового министра здравоохранения Московской области Дмитрия Матвеева.
19.10.2018 Газета Факт
Мотоциклист сбил пешехода и другие ДТП - Копейка За период, с 12 по 19 октября текущего года сотрудниками отдела ГИБДД УМВД России по Сергиево-Посадскому району зарегистрировано 55 ДТП с материальным ущербом, а также одно происшествие, в котором пострадал человек.
20.10.2018 Копейка
Мишонова: Найдёныша из Щёлкова отправят в ресурсную семью - РТВ-Подмосковье Сейчас полиция выясняет её реальное местонахождение © «РИА Новости» ,   Михаил Воскресенский Следователи выяснили личность полуторогодовалого мальчика, найденного в подъезде в Щёлкове, и его матери, женщину разыскивают,
20.10.2018 РТВ-Подмосковье
Труп неизвестного мужчины без внешних признаков насильственной смерти обнаружили в лесу в подмосковном Пушкино, сообщил РИАМО в субботу представитель пресс-службы ГУ МВД РФ по Московской области.
20.10.2018 Газета Маяк
«Во что вы верите?» спросил люберчанин главного героя фильма «Вечная жизнь Александра Христофорова» - Люберецкая панорама ЛЮБЕРЦЫ. 20 октября. INLUBERTSY.RU. Состоялась пресс-конференция с продюсером, главным героем фильма «Вечная жизнь Александра Христофорова», на которой люберчанин задал интересный вопрос: «Во что вы верите?»,
20.10.2018 Люберецкая панорама
Литературно-музыкальный конкурс «Россия – любовь моя» впервые провели в Пушкино - Газета Маяк © Анна Корнилова, Пушкинское информагентство В детской музыкальной школе № 1 города Пушкино прошел заключительный этап первого литературно-музыкального конкурса «Россия – любовь моя»,
21.10.2018 Газета Маяк
Интересная и насыщенная программа «Покров-Батюшка» ждала весь праздничный день гостей и жителей деревни, которых с самого утра гостеприимно встречали в местном Доме культуры.
19.10.2018 Куйбышевец
Футболисты «Знамя труда» провела зрелищную игру с командой «Велес» уступив сопернику 1 очко - Орехово-Зуевская правда В субботу, 20 октября, на стадионе «Торпедо» в Орехово-Зуеве состоялся футбольный матч между командами «Знамя труда» и «Велес», показав зрелищную игру, наши земляки все же уступили сопернику одно очко,
20.10.2018 Орехово-Зуевская правда
1 - ФК Химки Сегодня вечером в матче 17-го тура Олимп-ФНЛ красно-черные на своем поле принимали «Тюмень».
20.10.2018 ФК Химки
Пятнадцатый мемориальный турнир по боксу памяти мастера спорта СССР Виктора Григорьева открылся в зале единоборств им В. И. Портненко в спорткомплексе «Луч» в Сергиевом Посаде.
20.10.2018 Газета Вперёд
ЛЮБЕРЦЫ. 20 октября. INLUBERTSY.RU. Начиная с июня этого года выполнена работа по «оцифровке», занесению в единую базу данных и ликвидации 36 тысяч ям во дворах на территории населенных пунктов региона,
20.10.2018 Люберецкая панорама
ГИБДД с понедельника зафиксировало 55 серьёзных ДТП.  К сожалению, не обошлось без пострадавших.
19.10.2018 Газета Вперёд