Overzicht: Onderzoekers melden dat ze het eerste natuurlijke lichtdoorlatende kaliumkanaal hebben geïdentificeerd – rodopsine.
bron: Baylor College of Medicine
De belangrijkste manier om de hersenen te begrijpen, is door de gedragseffecten te observeren van het beïnvloeden van bepaalde groepen neuronen. Een van de meest gebruikelijke benaderingen voor het beheersen van neuronale activiteit in modelsystemen wordt optogenetica genoemd en is gebaseerd op de expressie van lichtgestuurde microbiële kanalen in neuronen van belang.
Deze kanalen fungeren als lichtgevoelige schakelaars, die neuronen inschakelen met lichtflitsen, en zijn sinds 2005 beschikbaar. Een cruciale manier om de functie van populaties van neuronen te bevestigen, is door het experiment te herhalen, maar deze keer door de dezelfde neuronale subpopulaties. Het ontbrak de neurowetenschappelijke gemeenschap echter tot nu toe aan een snelle en effectieve methode om neuronen te stoppen of tot zwijgen te brengen.
Onderzoekers van het Health Science Center van de Universiteit van Texas aan de Houston McGovern School of Medicine, Baylor College of Medicine, Rice University en de University of Guelph, Ontario, Canada, melden een nieuwe klasse van lichtdoorlatende kanalen die beloven de weg snel te effenen. De optische neuronen worden efficiënt tot zwijgen gebracht.
Geplaatst in natuurlijke neurowetenschapIn dit artikel beschrijven de onderzoekers hoe ze het eerste natuurlijke (kalium) light-gated kaliumkanaal (KCR’s) hebben geïdentificeerd.
“Licht-geactiveerd kaliumkanaal wordt al lang gezocht als een neurondemper omdat natuurlijke en globale geleiding van kalium neuronale membranen overpolariseert, actiepotentialen beëindigt en gedepolariseerde neuronen herstelt naar hun latente rustmembraan”, zei hoofdauteur Dr. Robert Welch Distinguished Chair in Chemistry aan het McGovern College of Medicine.
Met behulp van een systematische screening van niet-gekarakteriseerde opsins (eiwitten die binden aan lichtreactieve chemicaliën) op hun elektrische eigenschappen, zochten de onderzoekers naar een rodopsinekanaal met ongrijpbare kaliumselectiviteit met behulp van een klemfotostroomscreening van opsine-coderende genen zonder bekende functie uitgedrukt in HEK293 cellen.
“Onze screeningstrategie houdt in dat we ons concentreren op opsin van organismen die verschillen in hun metabolisme en in hun habitat van eerder bestudeerde opsin-organismen en daarom waarschijnlijk verschillende opsin-functies hebben ontwikkeld die zijn aangepast aan verschillende selectieve druk. tijdens de ontwikkeling,” Spudich gezegd.
“Deze strategie leidde ons naar opsin-coderende genen van het gesequenced genoom van Hyphochytrium catenoides, een primitieve, niet-fotosynthetische, heterotroof die zowel fylogenetisch als fysiologisch op een schimmel lijkt, afgezien van algen die nauw verwante natrium-selectieve CCR’s bevatten.”
“We ontdekten dat de rodopsinekanalen van H. catenoides – we noemden ze HcKCR1 en HcKCR2, voor H.,” zei Dr. Elena Govoronova, universitair hoofddocent in het Spuditch-laboratorium en eerste auteur.
“In het bijzonder maakt de permeabiliteitsverhouding (PK/PNa) van 23 HcKCR1 een krachtig depolariserend hulpmiddel om het afvuren van prikkelbare neuronen bij verlichting te onderdrukken.”
Het laboratorium van Dr. Mingshan Xue bij het Baylor Institute en de Caen Foundation Laboratories, en het Jean en Dan Duncan Institute of Neurological Research in het Texas Children’s Hospital testten deze nieuwe hulpmiddelen in neuronen.
“Toen mijn student Yueyang Gou HcKCR1 tot expressie bracht in muisneuronen en een lichtflits toepaste, werden de neuronen elektrisch stil. Dit kanaal overwint veel beperkingen van eerdere remmers en zal een cruciaal hulpmiddel zijn om ons te helpen de hersenfunctie te begrijpen.”
Vervolgens toonde afgestudeerde student Xiaoyu Lu in het St-Pierre-laboratorium aan de Baylor University en Rice University aan dat silencing ook kan worden bereikt met behulp van twee-foton-excitatie, een veelgebruikte techniek voor het richten van individuele neuronen in vivo met een hoge spatiotemporele resolutie.
Francois St-Pierre, universitair hoofddocent neurowetenschappen bij Baylor en McNair Scientist, en co-auteur van dit werk.
“Dit werk is een goed voorbeeld van hoe een multi-institutionele samenwerking in Houston innovatief onderzoek kan opleveren. Houston onderscheidt zich als een uitstekende locatie voor de ontwikkeling en toepassing van de nieuwste moleculaire neurotechnologie”, aldus St. Pierre.
zie ook
Voortaan zal de groep het vermogen van KCR’s evalueren om neuronen in vivo tot zwijgen te brengen en hun biofysische mechanismen blijven bestuderen om betere varianten te ontwikkelen. Op de lange termijn hopen ze ook dat de KCR kan worden gebruikt voor de behandeling van kaliumkanaalaandoeningen zoals epilepsie, de ziekte van Parkinson, het lange QT-syndroom en andere aritmieën.
Over dit onderzoek in Neuroscience News
auteur: Graciela Gutiérrez
bron: Baylor College of Medicine
Contact: Graciela Gutierrez – Baylor College of Medicine
afbeelding: De afbeelding is in het publieke domein
originele zoekopdracht: Toegang gesloten.
“De langverwachte ontdekking van lichtgevoelige kaliumkanalen: een natuurlijk kalium-rhodopsinekanaalGeschreven door John Spodich et al. natuurlijke neurowetenschap
Overzicht
De langverwachte ontdekking van lichtgevoelige kaliumkanalen: een natuurlijk kalium-rhodopsinekanaal
We rapporteren lichtgestuurde kanalen in een schimmelachtig uitgangsmateriaal dat zeer selectief is voor K.+ meer dan nee+.
Deze microbiële rodopsinekanalen, kaliumchannelrhodopsine genaamd, maken een robuuste remming van corticale neuronen van muizen mogelijk met een precisie van milliseconden.
Bovendien onthullen kalium-channelrhodopsins een voorheen onbekend kaliumselectief mechanisme.
“Reisliefhebber. Onruststoker. Popcultuurfanaat. Kan niet typen met bokshandschoenen aan.”