Наноразмерные биологические механизмы для управления физиологическими функциями

Доктор Нумано и коллеги исследовали динамику ионных каналов и эффективное управление ими для оптического контроля нейронной активности.

Ионотропные глутаматные рецепторы (iGluR6), в норме экспрессируемые в синаптических отростках нейронов мозга млекопитающих, рассматриваются как биологические механизмы. Для дистанционного и обратимого контроля нейронной активности были созданы фотоуправляемые наномашины — LiGluR и Yin/yang, основанные на iGluR6 и управляемые новыми фотоизомеризуемыми химическими соединениями MAG.

Исследователи использовали три типа MAG (MAG0,1,2), в которых 2R,4R-аллилглутамат (G) присоединен через линкер, содержащий фотоизомеризуемый азобензол (A), к введенным цистеинам через малеимид (M). MAG тестировались на нескольких мутированных позициях цистеина вокруг "раковины" лиганд-связывающего домена.

• В нейронах с LiGluR (мутация L439C) потенциалы действия оптимально вызывались УФ-светом и гасились видимым светом.
• Оптический контроль Yin/yang (мутация G486C) позволил одной длине волны света вызывать потенциалы действия в одной группе нейронов и подавлять активность второй группы нейронов в том же препарате.

Возможность генерировать противоположные ответы с помощью короткого MAG0 и двух версий целевого канала, которые можно экспрессировать в разных типах клеток, открывает путь для создания оппонентного взаимодействия в нейронах, опосредующих противоположные функции.

Исследователям удалось контролировать активность нейронных цепей для регуляции физиологии с механистической точки зрения.