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Canal rodopsina conductora de aniones

Estructura de iChloC
Figura 1: Se necesitaron 5 mutaciones puntuales para crear iChloC a partir de la canalrodopsina-2 conductora de cationes . [1]

Las canalrodopsinas conductoras de aniones son canales iónicos activados por luz que se abren en respuesta a la luz y dejan que los iones cargados negativamente (como el cloruro) entren en una célula. Todas las canalrodopsinas utilizan retinal como pigmento sensible a la luz, pero difieren en su selectividad iónica. Las canalrodopsinas conductoras de aniones se utilizan como herramientas para manipular la actividad cerebral en ratones, moscas de la fruta y otros organismos modelo ( Optogenética ). Las neuronas que expresan canalrodopsinas conductoras de aniones se silencian cuando se iluminan con luz, un efecto que se ha utilizado para investigar el procesamiento de información en el cerebro. Por ejemplo, la supresión de picos de calcio dendríticos en neuronas específicas con luz redujo la capacidad de los ratones para percibir un toque ligero en un bigote. [2] Estudiar cómo cambia el comportamiento de un animal cuando se silencian neuronas específicas permite a los científicos determinar el papel de estas neuronas en los circuitos complejos que controlan el comportamiento.

Las primeras canalrodopsinas conductoras de aniones se diseñaron a partir del canal de cationes controlado por luz canalrodopsina-2, eliminando aminoácidos con carga negativa del poro del canal (Fig. 1). [3] Como el principal anión del líquido extracelular es el cloruro (Cl − ), las canalrodopsinas conductoras de aniones también se conocen como "canalrodopsinas conductoras de cloruro" (ChloCs). Posteriormente se identificaron canalrodopsinas conductoras de aniones (ACR) naturales en algas criptofitas . [4] [5] [6] Recientemente se ha resuelto la estructura cristalina del GtACR1 natural, lo que allana el camino para una mayor ingeniería de proteínas. [7] [8]

Estructura de GtACR1 ligado a bromuro (PDB: 7LE1). Los dos planos grises indican los límites de hidrocarburos de la bicapa lipídica y se calcularon con el algoritmo ANVIL. [9]

Variantes

Aplicaciones

Las canalrodopsinas conductoras de aniones (ACR) se han utilizado como herramientas optogenéticas para inhibir la activación neuronal. Cuando se expresan en las células nerviosas, las ACR actúan como canales de cloruro controlados por luz . Su efecto sobre la actividad de la neurona es comparable al de los receptores GABA A , canales de cloruro controlados por ligando que se encuentran en las sinapsis inhibidoras : como la concentración de cloruro en las neuronas maduras es muy baja, la iluminación produce un flujo entrante de iones cargados negativamente, que fija la neurona en el potencial de inversión de cloruro (-65 mV). En estas condiciones, las entradas sinápticas excitatorias no pueden despolarizar eficazmente la neurona. Este efecto se conoce como inhibición por derivación (a diferencia de la inhibición por hiperpolarización ). La iluminación de la dendrita evita la generación de picos de calcio dendríticos , mientras que la iluminación de toda la neurona bloquea la iniciación del potencial de acción en respuesta a la estimulación sensorial. [2] [1] Sin embargo, las terminales axónicas tienen una mayor concentración de cloruro y, por lo tanto, son excitadas por las ACR. [22] Para inhibir las neuronas con iluminación de campo amplio, ha resultado útil restringir los ACR al compartimento somático (variantes ST). [17] [16]

Debido a su alta sensibilidad a la luz, los ACR se pueden activar con luz tenue que no interfiere con la estimulación visual, incluso en animales muy pequeños como la mosca de la fruta Drosophila . [14] Cuando se combinan con una canalrodopsina conductora de cationes sensible a la luz roja, los ACR permiten el control bidireccional de las neuronas: silenciamiento con luz azul, activación con luz roja ('Bipolos'). [23]

Lectura adicional

Neuron Review (2017): Silenciamiento de neuronas: herramientas, aplicaciones y limitaciones experimentales [24]

Investigación destacada: Una mejor manera de apagar las neuronas [25]

Perspectiva: Ampliación del conjunto de herramientas de la optogenética [26]

Relacionado: Halorrodopsina , una bomba de cloruro impulsada por la luz

Referencias

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