stringtranslate.com

Adenilil ciclasa fotoactivada

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

La adenilil ciclasa (PAC) fotoactivada es una proteína que consta de un dominio de la enzima adenilil ciclasa directamente unido a un dominio de sensor de luz tipo BLUF (receptor de luz azul que utiliza FAD). Cuando se ilumina con luz azul, el dominio enzimático se activa y convierte 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 pequeñas 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 PAC como herramientas optogenéticas

Como las PAC constan de 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 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 las 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 del hipotálamo , que utilizan la señalización de AMPc para controlar el comportamiento de apareamiento. [7] La ​​expresión de PAC junto con canales iónicos activados por nucleótidos cíclicos (CNG) específicos de K + se ha utilizado para hiperpolarizar neuronas en 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 rodopsina guanilil ciclasas (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". Procedimientos 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 . PMID  27247413.
  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, Patricio; Udwari, Daniel; Gueta, Ronnie; Hagedorn, Rolf; Losi, Aba; Gartner, Wolfgang; Petereit, Linda; Efetova, Marina; Schwarzel, Martín; Oertner, Thomas G. (14 de enero de 2011). "Modulación de la luz del AMPc celular por una pequeña adenililciclasa fotoactivada bacteriana, 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; Álvarez, Luis; Balbach, Melanie; Strünker, Timo; Hegemann, Peter; Kaupp, U Benjamín; Wachten, Dagmar (20 de enero de 2015). "Control de la fertilización y señalización de AMPc en los espermatozoides mediante optogenética". eVida . 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, Esteban X.; Lutas, Andrés; Yang, Shang; Díaz, Adriana; Fluhr, Hugo; Nagel, Georg; Gao, Shiqiang; Andermann, Mark L. (9 de septiembre de 2021). "Las neuronas dopaminérgicas hipotalámicas motivan el apareamiento mediante señalización persistente de AMPc". Naturaleza . 597 (7875): 245–249. Código Bib :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, Roberto I; Zaini, Paulo A; Leonardo, chico; Richards, Thomas A; Gomes, Suely L (2014). "Una fusión del gen rodopsina-guanilil ciclasa funciona en la percepción visual en un hongo". Biología actual . 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.