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. ^ а б в Nagel G; Szellas T; Huhn W; et al. (25. 11. 2003). „Channelrhodopsin-2, a directly light-gated cation-selective membrane channel”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 100 (24): 13940—5. PMC 283525 Слободан приступ. PMID 14615590. doi:10.1073/pnas.1936192100. CS1 одржавање: Експлицитна употреба et al. (веза)
  2. ^ Nagel G; Ollig D; Fuhrmann M; et al. (28. 6. 2002). „Channelrhodopsin-1: a light-gated proton channel in green algae”. Science. 296 (5577): 2395—8. PMID 12089443. doi:10.1126/science.1072068. CS1 одржавање: Експлицитна употреба et al. (веза)
  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. PMID 16116447. doi:10.1038/nn1525. CS1 одржавање: Вишеструка имена: списак аутора (веза)
  4. ^ Berthold P; Tsunoda SP; Ernst OP; et al. (2008). „Channelrhodopsin-1 initiates phototaxis and photophobic responses in chlamydomonas by immediate light-induced depolarization”. Plant Cell. 20 (6): 1665—77. PMC 2483371 Слободан приступ. PMID 18552201. doi:10.1105/tpc.108.057919. CS1 одржавање: Експлицитна употреба et al. (веза)
  5. ^ Zhang F; Prigge M; Beyrière F; et al. (23. 4. 2008). „Red-shifted optogenetic excitation: a tool for fast neural control derived from Volvox carteri”. Nat. Neurosci. 11 (6): 631—3. PMC 2692303 Слободан приступ. PMID 18432196. doi:10.1038/nn.2120. CS1 одржавање: Експлицитна употреба et al. (веза)

Dodatna literatura

  • Arenkiel BR; Peca J; Davison IG; et al. (2007). „In vivo light-induced activation of neural circuitry in transgenic mice expressing channelrhodopsin-2”. Neuron. 54 (2): 205—18. PMID 17442243. doi:10.1016/j.neuron.2007.03.005. CS1 одржавање: Експлицитна употреба et al. (веза)
  • Bi A; Cui J; Ma YP; et al. (2006). „Ectopic expression of a microbial-type rhodopsin restores visual responses in mice with photoreceptor degeneration”. Neuron. 50 (1): 23—33. PMC 1459045 Слободан приступ. PMID 16600853. doi:10.1016/j.neuron.2006.02.026. CS1 одржавање: Експлицитна употреба et al. (веза)

Spoljašnje veze

  • Deisseroth lab
  • Boyden lab
  • Optički alati u istraživanju mozga
  • p
  • r
  • u
Ca2+: Kalcijumski kanali
Naponom-kontrolisani
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-podjedinica (1, 2) · β-podjedinica (β1, β2, β3, β4) · γ-podjedinica (γ1, γ2, γ3, γ4)
Katjonski kanali sperme (1, 2, 3, 4) · Dvoporni kanal (1, 2)
Ligandom kontrolisani
Inozitol trisfosfatni receptor (1, 2, 3) · Rianodinski receptor (1, 2, 3)
Na+: Natrijumovi kanali
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)
K+: Kalijumovi kanali
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)
Unutrašnji-ispravljači
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)
Domen tandema pora
K2P (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 12, 13, 15, 16, 17, 18)
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)
Cikličnim nukleotidom-kontrolisani (FC)
α (1, 2, 3, 4) · β (1, 2, 3) · HCN (1, 2, 3, 4)
Porin
Akvaporin (1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9) · Anjonski kanali zavisni od napona (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
takođe pogledajte poremećaje
B memb: cead, trns (1A, 1C, 1F, 2A, 3A1, 3A2-3, 3D), drugi