할로호도신

Halorhodopsin

할로호닥신(Halorhodopsin)은 할로박테리아로 알려진 고고학에서 발견된 염화 이온 전용 경량화된 이온 펌프다. 미생물 로도신 계열의 7가지 트랜섬브레인 레티닐리덴 단백질이다. 망막에서 빛을 감지하는 색소인 척추동물 로돕신과 3차 구조(일차 염기서열 구조는 아님)가 비슷하다. 할로호도신은 또 다른 경구동 이온 채널인 채널로돕신(channelrhodopsin)과 시퀀스 유사성을 공유하기도 한다. 할로호돕신에는 필수 성분인 광등분해성 비타민 A가 들어있다. 이 분자의 구조와 기능 해소에 대한 집중적인 관심 때문에 할로호도신은 결정 구조가 알려진 몇 안 되는 막 단백질 중 하나이다.

할로호돕신(Halorhodopsin)은 녹색/노란 빛의 에너지를 사용하여 염화 이온을 세포 안으로 이동시켜 막 전위를 극복한다. 염소산염 외에도 다른 할로겐화물과 질산염을 세포로 운반한다. 염화칼륨은 세포가 성장하는 동안 삼투균 균형을 유지하는데 도움을 준다. 같은 작업을 수행함으로써, 가벼운 구동 음이온 펌프는 대사 에너지의 사용을 상당히 줄일 수 있다. 할로호답신은 많은 연구 대상이었고 그 구조는 정확히 알려져 있다. 그것의 성질은 박테리오호도스핀과 유사하며, 이 두 개의 빛 구동 이온 펌프는 양이온과 음이온을 반대 방향으로 운반한다.

할로호닥신 이소폼은 할로박테리움 살리나룸, 나트로노박테리움 파라오니스 등 여러 종의 할로박테리아에서 찾아볼 수 있다. 현재 진행 중인 많은 연구는 이러한 차이점을 탐구하고 있으며, 이를 이용하여 광자원과 펌프 특성을 분석한다. 박테리오호독신 이후, 할로호독신은 연구된 최고의 타입 I(미생물) opsin이 될 수 있다. 할로호답신 망막 복합체의 피크 흡광도는 약 570nm이다.

블루라이트 활성 이온채널 채널로돕신-2가 파란빛의 짧은 펄스로 흥분성 세포(뉴런, 근육세포, 췌장세포, 면역세포 등)를 활성화시키는 능력을 개방하는 것처럼 할로호돕신은 노란빛의 짧은 펄스로 흥분성 세포를 침묵시킬 수 있는 능력을 개방한다. 따라서 할로호닥신과 채널로닥신은 함께 신경활동의 다색 광학 활성화, 음소거 및 비동기화를 가능하게 하여 강력한 신경공학 도구상자를 만든다.[1][2]

나트로노모나스(NpHR)의 할로호돕신(Halorhodopsin)은 포유류 시스템의 뉴런에서 작용 전위 억제 효과를 얻기 위해 사용되어 왔다. NpHR의 광 활성화가 염화 이온의 유입으로 이어지기 때문에 NpHR 유도 억제는 뉴런에서 매우 잘 작용한다. 원래 NpHR 채널은 포유류 세포로 표현되었을 때 세포의 소포체 망막에 축적되는 경향을 보였다.[3] 서브 셀룰러 현지화 문제를 극복하기 위해 NpHR 시퀀스에 ER 수출 모티브를 추가했다. 이 수정된 NpHR(eNpHR2.0이라 함)은 체내 NpHR의 골재 없는 고수준 표현을 추진하기 위해 성공적으로 활용되었다.[4] 그러나 NpHR의 변형된 형태조차 세포막에서 국산화 상태가 좋지 않은 것으로 나타났다. 더 높은 멤브레인 국지화를 달성하기 위해 칼륨 채널(Kir2.1)에서 골지 수출 신호와 멤브레인 밀거래 신호를 추가해 추가로 수정했다. Kir2.1 신호의 추가는 NpHR의 멤브레인 국소화를 크게 개선했으며, 이 공학적 형태의 NpHR은 eNpHR3.0으로 표시되었다.

연구 도구로서

할로호답신은 광유전학에서 특정 뉴런을 극지방화(또는 억제)하기 위해 사용된다.

참조

  1. ^ Zhang F, Wang L, Brauner M, Liewald J, Kay K, Watzke N, Wood P, Bamberg E, Nagel G, Gottschalk A, Deisseroth K (April 2007). "Multimodal fast optical interrogation of neural circuitry". Nature. 446 (7136): 633–639. doi:10.1038/nature05744. PMID 17410168. S2CID 4415339.
  2. ^ Han X, Boyden ES (March 2007). "Multiple-color optical activation, silencing, and desynchronization of neural activity, with single-spike temporal resolution". PLOS ONE. 2 (3): e299. doi:10.1371/journal.pone.0000299. PMC 1808431. PMID 17375185.
  3. ^ Gradinaru V, Thompson KR, Deisseroth K (August 2008). "eNpHR: a Natronomonas halorhodopsin enhanced for optogenetic applications". Brain Cell Biology. 36 (1–4): 129–39. doi:10.1007/s11068-008-9027-6. PMC 2588488. PMID 18677566.
  4. ^ Gradinaru, Viviana; Mogri, M.; Thompson, K.R.; Henderson, J.M.; Deisseroth, K (2009). "Optical deconstruction of parkinsonian neural circuitry". Science. 324 (5925): 354–359. CiteSeerX 10.1.1.368.668. doi:10.1126/science.1167093. PMC 6744370. PMID 19299587.
  5. ^ Gradinaru, Viviana; Feng Zhang; Charu Ramakrishnan; Joanna Mattis; Rohit Prakash; Ilka Diester; Inbal Goshen; Kimberly R. Thompson; Karl Deisseroth (2010). "Molecular and Cellular Approaches for Diversifying and Extending Optogenetics". Cell. 141 (1): 154–165. doi:10.1016/j.cell.2010.02.037. PMC 4160532. PMID 20303157.

외부 링크