Исследователи определили структуру «инвертированного» родопсина
Ученые из Московского физико-технического института совместно с коллегами из Испании, Франции и Германии определили и проанализировали высокоразрешенную структуру белка из недавно открытого семейства гелиородопсинов. Микробные родопсины играют ключевую роль в оптогенетике — технике, использующей свет для контроля нервных и мышечных клеток в живой ткани. Результаты опубликованы в PNAS.
Родопсины: ключевой инструмент оптогенетики
Возможность оптогенетики обеспечило открытие подсемейства белков — канальных родопсинов. Родопсины активируются светом, который они улавливают с помощью соединения ретиналя. Это свойство делает родопсины критически важными для зрения животных.
В XX веке были известны только архейные родопсины из геномов галобактерий. Однако геномные и метагеномные исследования привели к открытию более 10 000 генов родопсинов во всех трех доменах жизни — бактериях, археях и эукариотах, а также в гигантских вирусах. Эти белки ответственны, среди прочего, за большую часть солнечной энергии, захватываемой в океане.
Исследована структура «инвертированного» белка
Несмотря на различия в структуре и функции, ориентация родопсинов в мембране обычно одинакова: так называемый N-конец расположен снаружи клетки. Однако в недавно открытом семействе гелиородопсинов всё наоборот: N-конец обращен к цитоплазме, то есть внутрь клетки.
Исследователи из МФТИ стали одними из первых, кто определил структуру гелиородопсина — белка 48C12 — показав ключевые отличия от других известных родопсинов. В работе также предложены возможные функции гелиородопсинов.
«Гелиородопсины — необычные белки. Полученные нами высокоразрешенные структуры демонстрируют как их уникальную общую архитектуру, так и детали внутренней конфигурации и взаимодействия ключевых аминокислотных остатков», — сказал Кирилл Ковалев, один из первых авторов исследования.
Ученые проанализировали структуру белка 48C12 в двух состояниях. Команда показала, что внутри цитоплазматической части белка существует большая полость, вмещающая кластер молекул воды. В одном из состояний в полости была обнаружена молекула ацетата. Это означает, что полость может действовать как активный сайт белка, где происходит связывание субстрата, такого как нитрат или карбонат.
«Необычная структура и свойства белка заставляют нас предполагать ферментативную функцию для гелиородопсинов. Наша работа также показала, что внутри семейства могут быть идентифицированы группы белков с различными функциями», — объяснил Валентин Горделий, научный координатор Центра.
Открытие структуры гелиородопсина 48C12 позволило продемонстрировать его фундаментальное отличие от других микробных родопсинов, открывая новые возможности для дальнейших исследований.