Et nyt værktøj til at tænde og slukke for proteiner

Proteiner kan styres med lys af forskellige bølgelængder. endda flere på én gang takket være et nyt værktøj.

Lysfølsomme proteiner, også kendt som optogenetiske værktøjer, kan tændes og slukkes med lysimpulser, udløser således specifikke cellulære processer. Et forskerhold ved Ruhr-Universität Bochum (RUB) har karakteriseret et nyt optogenetisk værktøj, proteinet parapinopsin, som kan tændes og slukkes med meget svage og korte lyssignaler. De krævede excitationsbølgelængder til dette formål adskiller sig meget fra dem, der anvendes af andre kendte optogenetiske værktøjer. Følgelig, det er muligt at bruge to sådanne værktøjer samtidigt. Holdene ledet af professor Stefan Herlitze og professor Klaus Gerwert rapporterer om disse resultater i tidsskriftets forsidehistorie ChemBioChem fra 2. marts 2020.

Protein fra en fisk

Mens forskerne tidligere hovedsageligt havde fokuseret på at undersøge proteinet melanopsin, de brugte nu parapinopsin. "Dette værktøj er en opsin, dvs. et G-protein-koblet, lysfølsom receptor fra pinealorganet på den japanske lampret, " forklarer Dennis Eickelbeck fra Institut for Generel Zoologi og Neurobiologi ved RUB. Forskerne brugte elektrofysiologiske og optiske metoder til at analysere receptoren. Ved at kombinere disse eksperimentelle tilgange, forskerne ved Institut for Biofysik skabte en første 3-D strukturel model af parapinopsin ved hjælp af computerstøttede metoder. "Denne strukturelle model vil i fremtiden gøre os i stand til at formulere hypoteser om dynamikken i de komplekse molekylære mekanismer af parapinopsin ved hjælp af biomolekylære simuleringer, " uddyber Dr. Till Rudack.

I løbet af dette RUB-samarbejde, forskerne viste, at lamprey-parapinopsin - som de kaldte "UV-Lamp" - kan bruges til at tænde eller slukke for en specifik G-proteinsignalvej med lys af forskellige bølgelængder. "Vi bruger UV-lys til at tænde og lys i det blå bølgelængdeområde til at slukke, " siger Dennis Eickelbeck.

Da bølgelængdeområdet, der bruges til at tænde, ligger langt i UV-området, UV-lampe kan teoretisk bruges samtidigt med andre optogenetiske værktøjer. "For eksempel, i det samme eksperiment kunne vi kontrollere en signalvej ved hjælp af UV-lampe med UV og blåt lys og bruge et andet optogenetisk værktøj med grønt og rødt lys til en anden signalvej, " forklarer Dennis Eickelbeck. "I fremtiden vil 3-D-modellen vil gøre os i stand til at analysere og manipulere parapinopsinets bølgelængdeafhængighed for at tilpasse proteinet til yderligere optogenetiske applikationer, " forudser Klaus Gerwert.

Af lige så stor interesse for forskerne er det faktum, at proteinet er ekstremt lysfølsomt. Derfor, ekstremt korte lysimpulser med lav intensitet i området af millisekunder er tilstrækkelige til kontinuerlig kontrol af den tilsvarende signalvej. Som resultat, de potentielle skadelige virkninger af lysstråling på cellerne reduceres.