Управление поведением нематод с помощью двух светочувствительных белков-опсинов

Исследовательская группа под руководством профессоров Мицумасы Коянаги и Акихисы Тэракиты из Высшей школы науки и профессора Эрико Кагэ-Накадай из Высшей школы экологии человеческой жизни Осакского столичного университета разработала новую систему для управления поведением нематоды Caenorhabditis elegans с помощью двух различных светочувствительных белков-опсинов. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Принцип работы системы:

  • Контроль избегания: Светочувствительный опсин, выделенный из комаров, был введен в сенсорные клетки C. elegans, отвечающие за поведение избегания (удаление от химического или физического стимула). Воздействие белым светом вызывало это поведение с чувствительностью примерно в 7000 раз выше, чем у часто используемого в оптогенетике белка каналродопсина-2.
  • Контроль движения: УФ-чувствительный опсин, впервые обнаруженный в пинеальном органе миног, был введен в моторные нейроны червей. Воздействие УФ-светом останавливало движение, а зеленый свет — возобновляло. Этот цикл «стоп-старт» можно было повторять многократно, переключая УФ и зеленый свет.

Ключевые особенности:

  • Оба опсина относятся к семейству G-белок-связанных рецепторов (GPCR), что демонстрирует потенциал системы для манипуляции различными GPCR и связанными с ними внутриклеточными сигналами и физиологическими ответами.
  • Оба опсина являются бистабильными: они могут переключаться между активной и неактивной формами без фотообесцвечивания или разрушения, что позволяет использовать их повторно после поглощения света другой длины волны.
  • Разница между длинами волн УФ и зеленого света достаточна для восстановления неактивного УФ-чувствительного опсина, обеспечивая цветозависимое включение-выключение оптогенетического контроля сигналинга GPCR.

По словам профессора Тэракиты, этот высокопроизводительный оптогенетический инструмент представляет собой прорыв не только для биологических исследований, но и может внести вклад в область разработки лекарств.