Proteiner kan styras med ljus med olika våglängder. Även flera på en gång, tack vare ett nytt verktyg.

Ljuskänsliga proteiner, även känd som optogenetiska verktyg, kan slås på och av med ljuspulser, vilket utlöser specifika cellulära processer. Ett forskargrupp vid Ruhr-Universität Bochum (RUB) har präglat ett nytt optogenetiskt verktyg, proteinet parapinopsin, som kan slås på och av med mycket svaga och korta ljussignaler. De excitationsvåglängder som krävs för detta ändamål skiljer sig mycket från de som används av andra kända optogenetiska verktyg. Följaktligen, det är möjligt att använda två sådana verktyg samtidigt. Teamen som leds av professor Stefan Herlitze och professor Klaus Gerwert rapporterar om dessa fynd i tidningens omslag ChemBioChem från den 2 mars 2020.

Protein från en fisk

Medan forskarna tidigare huvudsakligen hade fokuserat på att undersöka proteinet melanopsin, de använde nu parapinopsin. "Detta verktyg är en opsin, dvs. ett G-proteinkopplat, ljuskänslig receptor från pinealorganet hos den japanska lamprey, "förklarar Dennis Eickelbeck från Institutionen för allmän zoologi och neurobiologi vid RUB. Forskarna använde elektrofysiologiska och optiska metoder för att analysera receptorn. Genom att kombinera dessa experimentella metoder, forskarna vid Institutionen för biofysik skapade en första 3D-strukturell modell av parapinopsin med hjälp av datorstödda metoder. "Denna strukturella modell kommer i framtiden att göra det möjligt för oss att formulera hypoteser om dynamiken i de komplexa molekylära mekanismerna för parapinopsin med hjälp av biomolekylära simuleringar, "utarbetar doktor Till Rudack.

Under detta RUB -samarbete, forskarna visade att lamprey parapinopsin-som de kallade "UV-lampa"-kan användas för att slå på eller stänga av en specifik G-proteinsignaleringsbana med ljus av olika våglängder. "Vi använder UV -ljus för att slå på och ljus i det blå våglängdsområdet för att stänga av, säger Dennis Eickelbeck.

Eftersom våglängdsområdet som används för att slå på ligger långt inom UV -området, UV-lampa kan teoretiskt användas samtidigt med andra optogenetiska verktyg. "Till exempel, i samma experiment kunde vi styra en signalväg med UV-lampa med UV och blått ljus och använda ett annat optogenetiskt verktyg med grönt och rött ljus för en annan signalväg, "förklarar Dennis Eickelbeck." I framtiden, 3D-modellen gör att vi kan analysera och manipulera parapinopsins beroende av våglängd för att anpassa proteinet för ytterligare optogenetiska tillämpningar, "förutspår Klaus Gerwert.

Av lika intresse för forskarna är det faktum att proteinet är extremt ljuskänsligt. Följaktligen, extremt korta ljuspulser med låg intensitet inom intervallet millisekunder är tillräckliga för kontinuerlig kontroll av motsvarande signalväg. Som ett resultat, de potentiella skadliga effekterna av ljusstrålning på cellerna reduceras.