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Canalrodopsina conductora de aniones

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

Las canalrodopsinas conductoras de aniones son canales iónicos activados por la luz que se abren en respuesta a la luz y permiten que iones cargados negativamente (como el cloruro) entren en la célula. Todas las canalrodopsinas utilizan retina 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 los picos de calcio dendrítico en neuronas específicas con luz redujo la capacidad de los ratones para percibir un ligero toque 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 complejos circuitos que controlan el comportamiento.

Las primeras canalrodopsinas conductoras de aniones se diseñaron a partir del canal activado por luz conductor de cationes, Canalrodopsina-2, eliminando aminoácidos cargados negativamente del poro del canal (Fig. 1). [3] Como el anión principal del líquido extracelular es el cloruro (Cl − ), las canalrodopsinas conductoras de aniones también se conocen como “canalrodopsinas conductoras de cloruro” (ChloC). Posteriormente se identificaron canalrodopsinas conductoras de aniones (ACR) naturales en algas criptofitas . [4] [5] [6] La estructura cristalina del GtACR1 natural se ha resuelto recientemente, allanando el camino para una mayor ingeniería de proteínas. [7] [8]

Estructura de GtACR1 unido 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, los ACR actúan como canales de cloruro dependientes de la luz . Su efecto sobre la actividad de la neurona es comparable a los receptores GABA A , canales de cloruro activados 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 hacia adentro de iones cargados negativamente, sujetando la neurona. al potencial de inversión del cloruro (- 65 mV). En estas condiciones, las entradas sinápticas excitadoras no pueden despolarizar eficientemente la neurona. Este efecto se conoce como inhibición de derivación (a diferencia de la inhibición por hiperpolarización ). La iluminación de la dendrita previene la generación de picos de calcio dendrítico, mientras que la iluminación de toda la neurona bloquea el inicio del potencial de acción en respuesta a la estimulación sensorial. [2] [1] Los terminales de los axones , sin embargo, tienen una mayor concentración de cloruro y, por lo tanto, son excitados por los ACR. [22] Para inhibir las neuronas con iluminación de campo amplio, ha demostrado ser útil restringir las ACR al compartimento somático (variantes ST). [17] [16]

Debido a su alta sensibilidad a la luz, los ACR pueden activarse 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]

Otras lecturas

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

Lo más destacado de la investigación: una mejor manera de apagar las neuronas [25]

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

Relacionado: Halorodopsina , una bomba de cloruro impulsada por luz

Referencias

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