La halorrodopsina es una proteína retinilidénica de siete transmembrana de la familia microbiana de la rodopsina . Es una bomba de iones activada por luz específica del cloruro que se encuentra en las arqueas conocidas como halobacterias . Se activa con longitudes de onda de luz verde de aproximadamente 578 nm. [1] La halorrodopsina también comparte similitud de secuencia con la canalrodopsina , un canal iónico activado por luz .
La halorrodopsina contiene el derivado esencial de la vitamina A isomerizable por luz, el all-trans -retinal . Debido a la dedicación al descubrimiento de la estructura y función de esta molécula , la halorrodopsina es una de las pocas proteínas de membrana cuya estructura cristalina se conoce. La halorrodopsina utiliza la energía de la luz verde/amarilla para mover iones de cloruro hacia la célula, superando el potencial de membrana. Además de cloruros, transporta otros haluros y nitratos hacia la célula. La absorción de cloruro de potasio por las células ayuda a mantener el equilibrio osmótico durante el crecimiento celular. Al realizar la misma tarea, las bombas de aniones impulsadas por la luz pueden reducir considerablemente el uso de energía metabólica. La halorrodopsina ha sido objeto de mucho estudio y su estructura se conoce con precisión. Sus propiedades son similares a las de la bacteriorrodopsina, y estas dos bombas de iones impulsadas por la luz transportan cationes y aniones en direcciones opuestas.
Las isoformas de la halorrodopsina se pueden encontrar en múltiples especies de halobacterias, incluidas Halobacterium salinarum y Natronobacterium pharaonis . Muchas investigaciones en curso están explorando estas diferencias y utilizándolas para analizar por separado las propiedades del fotociclo y de la bomba. Después de la bacteriorrodopsina, la halorrodopsina puede ser la opsina de tipo I (microbiana) mejor estudiada. La absorbancia máxima del complejo retinal de halorrodopsina es de aproximadamente 570 nm.
Así como el canal iónico activado por luz azul canalrodopsina-2 abre la posibilidad de activar células excitables (como neuronas , células musculares , células pancreáticas y células inmunes) con pulsos breves de luz azul, la halorrodopsina abre la posibilidad de silenciar células excitables con pulsos breves de luz amarilla. Por lo tanto, la halorrodopsina y la canalrodopsina juntas permiten la activación óptica de múltiples colores, el silenciamiento y la desincronización de la actividad neuronal, creando una poderosa caja de herramientas de neuroingeniería. [2] [3]
La halorodopsina de Natronomonas (NpHR) se ha utilizado para lograr la inhibición de los potenciales de acción en neuronas en sistemas de mamíferos. Dado que la activación de la NpHR por la luz conduce a una afluencia de iones de cloruro que es parte del proceso natural para generar hiperpolarización, la inhibición inducida por NpHR funciona muy bien en las neuronas. Los canales NpHR originales, cuando se expresan en células de mamíferos, mostraron una tendencia a acumularse en el retículo endoplásmico de las células. [4] Para superar los problemas de localización subcelular, se agregó un motivo de exportación de RE a la secuencia NpHR. Este NpHR modificado (llamado eNpHR2.0) se utilizó con éxito para impulsar la expresión de alto nivel y sin agregados de NpHR in vivo. [5] Sin embargo, incluso la forma modificada de NpHR mostró una mala localización en la membrana celular . Para lograr una mayor localización en la membrana, se modificó aún más mediante la adición de una señal de exportación de Golgi y una señal de tráfico de membrana de un canal de potasio (Kir2.1). La adición de la señal Kir2.1 mejoró significativamente la localización de la membrana de NpHR y esta forma diseñada de NpHR se denominó eNpHR3.0. [6]
La halorrodopsina fue descubierta en 1980 en Halobacterium salinarum , un tipo de arquea amante de la sal (halófila) . [7]
El nombre Halorrodopsina es de origen griego, el prefijo halo- proviene de ἅλς ( háls) que significa "sal" o "mar". [8] El sufijo -rhodopsin se origina de ῥόδον ( rhódon , "rosa"), debido a su color rosado, y ὄψις ( ópsis , "vista"). [9]
La halorodopsina se pliega en una topología de hélice de siete transmembrana y tiene una estructura terciaria similar (pero no una estructura de secuencia primaria) a las rodopsinas de vertebrados, los pigmentos que detectan la luz en la retina . [10]
La halorrodopsina se ha utilizado en optogenética para hiperpolarizar (inhibir) neuronas específicas . La optogenética se ha propuesto como un enfoque terapéutico para afecciones neurológicas para las que los métodos de tratamiento actuales no siempre son eficaces, incluidas la epilepsia y la enfermedad de Parkinson . [11] La NpHR se ha utilizado para inhibir neuronas excitatorias en el núcleo subtalámico de ratas hemiparkinsonianas, lesionadas utilizando la neurotoxina 6-OHDA . [11]