stringtranslate.com

Adenilato ciclasa fotoactivada

Estructura de la adenilato ciclasa fotoactivada OaPAC que forma un homodímero. FMN: mononucleótido de flavina, el pigmento que absorbe la luz. [1]

La adenilato ciclasa fotoactivada (PAC) es una proteína que consiste en un dominio enzimático de adenilato ciclasa directamente unido a un dominio sensor de luz de tipo BLUF (receptor de luz azul que utiliza FAD). Cuando se ilumina con luz azul, el dominio enzimático se activa y convierte el ATP en AMPc , un segundo mensajero importante en muchas células. En el flagelado unicelular Euglena gracilis , PACα y PACβ (euPAC) sirven como un complejo fotorreceptor que detecta la luz para respuestas fotofóbicas y fototaxis . [2] Se identificaron PAC pequeños pero potentes en el genoma de las bacterias Beggiatoa (bPAC) y Oscillatoria acuminata (OaPAC). [3] [1] Si bien el bPAC natural tiene cierta actividad enzimática en ausencia de luz, se han diseñado variantes sin actividad en la oscuridad (PACmn). [4]

Uso de PACs como herramientas optogenéticas

Como los PAC consisten en un sensor de luz y una enzima en una sola proteína, pueden expresarse en otras especies y tipos de células para manipular los niveles de AMPc con luz. Cuando el bPAC se expresa en esperma de ratón , la iluminación con luz azul acelera la natación de los espermatozoides transgénicos y ayuda a la fertilización . [5] Cuando se expresa en neuronas , la iluminación cambia el patrón de ramificación de los axones en crecimiento . [6] El PAC se ha utilizado en ratones para aclarar la función de las neuronas en el hipotálamo , que utilizan la señalización de AMPc para controlar el comportamiento de apareamiento. [7] La ​​expresión de PAC junto con canales iónicos regulados por nucleótidos cíclicos (CNG) específicos de K + se ha utilizado para hiperpolarizar las neuronas a niveles de luz muy bajos, lo que les impide disparar potenciales de acción. [8] [9]

Rodopsina guanilil ciclasas

Se han descubierto guanilil ciclasas fotoactivadas en los hongos acuáticos Blastocladiella emersonii [10] [11] y Catenaria anguillulae [12] . A diferencia de las PAC, estas ciclasas activadas por luz utilizan la retina como sensor de luz y, por lo tanto, son guanilil ciclasas de rodopsina (RhGC). Cuando se expresan en ovocitos de Xenopus o neuronas de mamíferos , las RhGC generan cGMP en respuesta a la luz verde [12] . Por lo tanto, se consideran herramientas optogenéticas útiles para investigar la señalización de cGMP [13] .

Referencias

  1. ^ ab Ohki, Mio; Sugiyama, Kanako; Kawai, Fumihiro; Tanaka, Hitomi; Nihei, Yuuki; Unzai, Satoru; Takebe, Masumi; Matsunaga, Shigeru; Adachi, Shin-ichi; Shibayama, Naoya; Zhou, Zhiwen (31 de mayo de 2016). "Visión estructural de la fotoactivación de una adenilato ciclasa de una cianobacteria fotosintética". Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 113 (24): 6659–6664. Código Bib : 2016PNAS..113.6659O. doi : 10.1073/pnas.1517520113 . ISSN  0027-8424. PMC  4914150 . Número de modelo:  PMID27247413.
  2. ^ Iseki, Mineo; Matsunaga, Shigeru; Murakami, Akio; Ohno, Kaoru; Shiga, Kiyoshi; Yoshida, Kazuichi; Sugai, Michizo; Takahashi, Tetsuo; Hori, Terumitsu; Watanabe, Masakatsu (28 de febrero de 2002). "Una adenilil ciclasa activada por luz azul media la fotoevitación en Euglena gracilis". Naturaleza . 415 (6875): 1047–1051. Código Bib :2002Natur.415.1047I. doi :10.1038/4151047a. ISSN  1476-4687. PMID  11875575. S2CID  4420996.
  3. ^ Stierl, Manuela; Stumpf, Patrick; Udwari, Daniel; Gueta, Ronnie; Hagedorn, Rolf; Losi, Aba; Gärtner, Wolfgang; Petereit, Linda; Efetova, Marina; Schwarzel, Martin; Oertner, Thomas G. (14 de enero de 2011). "Modulación lumínica del AMPc celular por una adenilil ciclasa fotoactivada bacteriana pequeña, bPAC, de la bacteria del suelo Beggiatoa". Revista de química biológica . 286 (2): 1181–1188. doi : 10.1074/jbc.M110.185496 . ISSN  0021-9258. PMC 3020725 . PMID  21030594. 
  4. ^ Yang, Shang; Constantin, Oana M.; Sachidanandan, Divya; Hofmann, Hannes; Kunz, Tobías C.; Kozjak-Pavlovic, Vera; Oertner, Thomas G.; Nagel, Georg; Kittel, Robert J.; Vaya, Christine E.; Gao, Shiqiang (18 de octubre de 2021). "PACmn para mejorar el control optogenético del AMPc intracelular". Biología BMC . 19 (1): 227. doi : 10.1186/s12915-021-01151-9 . ISSN  1741-7007. PMC 8522238 . PMID  34663304. 
  5. ^ Jansen, Vera; Alvarez, Luis; Balbach, Melanie; Strünker, Timo; Hegemann, Peter; Kaupp, U Benjamin; Wachten, Dagmar (2015-01-20). "Control de la fertilización y la señalización de AMPc en el esperma mediante optogenética". eLife . 4 : e05161. doi : 10.7554/eLife.05161 . ISSN  2050-084X. PMC 4298566 . PMID  25601414. 
  6. ^ Zhou, Zhiwen; Tanaka, Kenji F.; Matsunaga, Shigeru; Iseki, Mineo; Watanabe, Masakatsu; Matsuki, Norio; Ikegaya, Yuji; Koyama, Ryuta (22 de enero de 2016). "La adenilil ciclasa fotoactivada (PAC) revela nuevos mecanismos subyacentes a la morfogénesis axonal dependiente de AMPc". Informes científicos . 6 (1): 19679. Código bibliográfico : 2016NatSR...519679Z. doi :10.1038/srep19679. ISSN  2045-2322. PMC 4726437 . PMID  26795422. 
  7. ^ Zhang, Stephen X.; Lutas, Andrew; Yang, Shang; Diaz, Adriana; Fluhr, Hugo; Nagel, Georg; Gao, Shiqiang; Andermann, Mark L. (9 de septiembre de 2021). "Las neuronas dopaminérgicas hipotalámicas motivan el apareamiento a través de la señalización persistente de AMPc". Nature . 597 (7875): 245–249. Bibcode :2021Natur.597..245Z. doi :10.1038/s41586-021-03845-0. ISSN  0028-0836. PMC 8884112 . PMID  34433964. 
  8. ^ Beck, Sebastián; Yu-Strzelczyk, Jing; Pauls, Dennis; Constantin, Oana M.; Vaya, Christine E.; Ehmann, Nadine; Kittel, Robert J.; Nagel, Georg; Gao, Shiqiang (2 de octubre de 2018). "Canales iónicos sintéticos activados por luz para activación e inhibición optogenética". Fronteras en Neurociencia . 12 : 643. doi : 10.3389/fnins.2018.00643 . ISSN  1662-453X. PMC 6176052 . PMID  30333716. 
  9. ^ Bernal Sierra, Yinth Andrea; Rost, Benjamín R.; Pofahl, Martín; Fernández, Antonio Miguel; Kopton, Ramona A.; Moser, Sylvain; Holtkamp, ​​Dominik; Masala, Nicola; Beed, Prateep; Tukker, John J.; Oldani, Silvia (2018). "Silenciamiento optogenético basado en canales de potasio". Comunicaciones de la naturaleza . 9 (1): 4611. Código bibliográfico : 2018NatCo...9.4611B. doi :10.1038/s41467-018-07038-8. ISSN  2041-1723. PMC 6218482 . PMID  30397200. 
  10. ^ Scheib, Ulrike; Stehfest, Katja; Vaya, Christine E.; Körschen, Heinz G.; Fudim, romano; Oertner, Thomas G.; Hegemann, Peter (11 de agosto de 2015). "La rodopsina-guanilil ciclasa del hongo acuático Blastocladiella emersonii permite un control óptico rápido de la señalización de cGMP". Señalización científica . 8 (389): rs8. doi : 10.1126/scisignal.aab0611. ISSN  1945-0877. PMID  26268609. S2CID  13140205.
  11. ^ Avelar, Gabriela M; Schumacher, Robert I; Zaini, Paulo A; Leonard, Guy; Richards, Thomas A; Gomes, Suely L (2014). "Funciones de fusión del gen rodopsina-guanilil ciclasa en la percepción visual en un hongo". Current Biology . 24 (11): 1234–1240. doi :10.1016/j.cub.2014.04.009. PMC 4046227 . PMID  24835457. 
  12. ^ ab Scheib, Ulrike; Broser, Matías; Constantin, Oana M.; Yang, Shang; Gao, Shiqiang; Mukherjee, Shatanik; Stehfest, Katja; Nagel, Georg; Vaya, Christine E.; Hegemann, Peter (2018). "Rodopsina-ciclasas para el fotocontrol de cGMP / cAMP y estructura de 2,3 Å del dominio de adenilil ciclasa". Comunicaciones de la naturaleza . 9 (1): 2046. Código bibliográfico : 2018NatCo...9.2046S. doi :10.1038/s41467-018-04428-w. ISSN  2041-1723. PMC 5967339 . PMID  29799525. 
  13. ^ Rost, Benjamín R.; Schneider-Warme, Franziska; Schmitz, Dietmar; Hegemann, Peter (2017). "Herramientas optogenéticas para aplicaciones subcelulares en neurociencia". Neurona . 96 (3): 572–603. doi : 10.1016/j.neuron.2017.09.047 . PMID  29096074.