Kanalni rodopsini

Kanalni rodopsini su potfamilija opsinskih proteina koji funkcionišu kao svetlošću-kontrolisani jonski kanali.[1] Oni služe kao senzorni fotoreceptori kod unicelularnih zelenih algi, koji kontrolišu fototaksu, i.e. kretanje u responsu na svetlost. Kad su izraženi u ćelijama drugih organizama, oni omogućavaju korišćenje svetlosti za kontrolu intracelularne kiselosti, priliva kalcijuma, električne pobudljivosti, i drugih ćelijskih procesa. Tri kanalna rodopsina su poznata: kanalni rodopsin-1 (ChR1), kanalni rodopsin-2 (ChR2), i Volvox kanalni rodopsin (VChR1). Svi poznati kanalni rodopsini su nespecifični katjonski kanali, koji provode H+, Na+, K+, i Ca2+ jone.

Istorija

Džordž Nagel i njegovi saradnici su otkrili 2002. godine da je kanalni rodopsin-1 iz zelene alge Chlamydomonas reinhardtii svetlošću aktivirani jonski kanal.[2] Kanalni rodopsin-2, koji je takođe bio izolovan iz Chlamydomonas reinhardtii, je otkrila Deiserotova grupa 2005. On je ušao u široku upotrebu u neuronauci[1][3] od tad. U poređenju sa ChR1, dužina provodljivog stanja je dvostruko duža kod ChR2. Posledica toga su duže stacionarne struje, i sporija kinetika.[4]

VChR1, koji ima crveno-pomerenu apsorpcije, je otriven kod multićelijskih algi Volvox.[5]

Struktura

Strukturno, kanalni rodopsini su retinilidenski proteini. Oni su sedam-transmembranski proteini poput rodopsina, i sadrže svetlošću-izomerizući hromofor sve-trans-retinal (aldehidni derivat vitamina A). Retinalni hromofor je kovalentno za protein putem protonasane Šifove baze. Dok su 7-transmembranski proteini većinom G protein spregnuti receptori koji otvaraju druge jonske kanale indirektno putem sekundarnih glasnika (npr. oni su metabotropni), kanalni rodopsini direktno formiraju jonske kanale (i.e. oni su jonotropni).[1] To omogućava izuzetno brzu i robustanu ćelijsku depolarizaciju, i korisno je za bioinžinjerske i neuronaučne primene, kao što je fotostimulacija.

Reference

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 Nagel G, Szellas T, Huhn W, et al. (November 25, 2003). „Channelrhodopsin-2, a directly light-gated cation-selective membrane channel”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 100 (24): 13940–5. DOI:10.1073/pnas.1936192100. PMC 283525. PMID 14615590. 
  2. ↑ Nagel G, Ollig D, Fuhrmann M, et al. (2002-06-28). „Channelrhodopsin-1: a light-gated proton channel in green algae”. Science 296 (5577): 2395–8. DOI:10.1126/science.1072068. PMID 12089443. 
  3. ↑ Boyden, E. S., Zhang, F., Bamberg, E., Nagel, G., and Deisseroth, K. (2005). „Millisecond-timescale, genetically-targeted optical control of neural activity”. Nature Neuroscience 8 (9): 1263–1268. DOI:10.1038/nn1525. PMID 16116447. 
  4. ↑ Berthold P, Tsunoda SP, Ernst OPet al. (2008). „Channelrhodopsin-1 initiates phototaxis and photophobic responses in chlamydomonas by immediate light-induced depolarization”. Plant Cell 20 (6): 1665–77. DOI:10.1105/tpc.108.057919. PMC 2483371. PMID 18552201. 
  5. ↑ Zhang F, Prigge M, Beyrière F, et al. (2008-04-23). „Red-shifted optogenetic excitation: a tool for fast neural control derived from Volvox carteri”. Nat. Neurosci. 11 (6): 631–3. DOI:10.1038/nn.2120. PMC 2692303. PMID 18432196. 

Literatura

  • Arenkiel BR, Peca J, Davison IG, et al. (April 2007). „In vivo light-induced activation of neural circuitry in transgenic mice expressing channelrhodopsin-2”. Neuron 54 (2): 205–18. DOI:10.1016/j.neuron.2007.03.005. PMID 17442243. 
  • Bi A, Cui J, Ma YP, et al. (April 2006). „Ectopic expression of a microbial-type rhodopsin restores visual responses in mice with photoreceptor degeneration”. Neuron 50 (1): 23–33. DOI:10.1016/j.neuron.2006.02.026. PMC 1459045. PMID 16600853. 

Spoljašnje veze

  • Deisseroth lab
  • Boyden lab
  • Optički alati u istraživanju mozga
  • p
  • r
  • u
  • p
  • r
  • u
Ca2+: Kalcijumski kanal
L-tip/Cavα (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) • N-tip/Cavα2.2 • P-tip/Cavα(2.1) • Q-tip/Cavα2.1 • R-tip/Cavα2.3 • T-tip/Cavα(3.1, 3.2, 3.3)
α2δ-podjedinice (1, 2) • β-podjedinice (β1, β2, β3, β4) • γ-podjedinice (γ1, γ2, γ3, γ4)
[Katjonski kanali sperme]] (1, 2, 3, 4) •Dvoporni kanal (1, 2)
Ligand-kontrolisani
Inozitol trisfosfatni receptor (1, 2, 3) • Rianodinski receptor (1, 2, 3)
  • p
  • r
  • u
Na+: Natrijumski kanal
Naponom-kontrolisani
Navα (1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 7A) • Navβ (1, 2, 3, 4)
Konstitutivno aktivni
Epitelni Natrijumski kanal (α, β, γ, δ)
  • p
  • r
  • u
K+: Kalijumski kanal
Naponom-kontrolisani
Kvα1-6 (1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8) • (2.1, 2.2) • (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) • (4.1, 4.2, 4.3) • (5.1) • (6.1, 6.2, 6.3, 6.4)
Kvα7-12 (7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.5) • (8.1, 8.2) • (9.1, 9.2, 9.3) • (10.1, 10.2) • (11.1/hERG, 11.2, 11.3) • (12.1, 12.2, 12.3)
Kvβ (1, 2, 3) • KCNIP (1, 2, 3, 4) • minK/ISK • minK/ISK-sličan • MiRP (1, 2, 3) • Shaker gen
Kalcijumom-aktivirani
BK kanal (α1, β1, β2, β3, β4) • SK kanal (SK1, SK2, SK3, SK4) • KCa (1.1, 2.1, 2.2, 2.3, 3.1, 4.1, 4.2, 5.1)
Unutrašnje-ispravljajući
KATP • Kir (1.1, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.6) • GIRK/Kir (3.1, 3.2, 3.3, 3.4) • Kir (4.1, 4.2, 5.1, 6.1, 6.2, 7.1)
Tandem pora domen
K2P (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 12, 13, 15, 16, 17, 18)
  • p
  • r
  • u
Drugi
M+: TRP katjonski kanal
TRPA (1) • TRPC (1, 2, 3, 4, 4AP, 5, 6, 7) • TRPM (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) • TRPML (1, 2, 3) • TRPP (1, 2) • TRPV (1, 2, 3, 4, 5, 6)
Cl-: Hloridni kanal
ANO1 • Bestrofin (1, 2) • CFTR • CLCA (1, 2, 3, 4) • CLCN (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, KA, KB) • CLIC (1, 2, 3, 4, 5, 6, L1) • CLNS (1A, 1B)
α (1, 2, 3, 4) • β (1, 2, 3) • HCN (1, 2, 3, 4)
Porin
Akvaporin (1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9) • Napon-zavisni anjonski kanal (1, 2, 3) • Generalna bakterijska porinska familija
Propusna veza
Koneksin: A (GJA1, GJA3, GJA4, GJA5, GJA8, GJA9, GJA10) • B (GJB1, GJB2, GJB3, GJB4, GJB5, GJB6, GJB7) • C (GJC1, GJC2, GJC3) • D (GJD2, GJD3, GJD4) • E (GJE1)
Ineksin
Generalno
Ligandom-kontrolisani jonski kanal • Naponom-kontrolisani jonski kanal • Rastezanjem-aktivirani jonski kanal
vidi isto poremećaji
B memb: cead, trns (1A, 1C, 1F, 2A, 3A1, 3A2-3, 3D), othr