Международная группа исследователей раскрыла и изучила структуру белка-родопсина KR2 в физиологических условиях. Эта работа сулит прорыв в одной из самых актуальных биомедицинских дисциплин — оптогенетике — и таких её практических применениях, как лечение распространённых неврологических заболеваний.
Работа опубликована в журнале Science Advances.
Оптогенетика — биофизическая и биомедицинская дисциплина, изучающая возможности и практики управления нервными и мышечными клетками живого организма при помощи направленного воздействия световым излучением.
Обнаруженный несколько лет назад белок-родопсин KR2 принадлежит к группе светочувствительных белков, которые и использует оптогенетика. Под воздействием света они позволяют заряженным частицам — ионам — проникать в клетку или выходить из неё. Внедряя подобные белки в нейронную мембрану, учёные получают возможность направленными световыми импульсами управлять активностью нервных клеток.
Но волна исследований, порождённая открытием KR2, столкнулась с некоторыми весьма загадочными свойствами этого родопсина. В частности, оказалось, что несколько групп исследователей в ходе своей работы обнаружили и описали в общей сложности целых пять отличающихся друг от друга структур многообещающего белка.
«И встал драматический вопрос: а какую же из этих структур считать правильной?» — рассказывает один из основных авторов работы, аспирант МФТИ Кирилл Ковалев.
И вот теперь выяснились причины пугающего многообразия структур нового белка. Оно оказалось порождено тем, что разные группы исследователей изучали KR2 в не полностью одинаковых условиях. Между тем, белок синтезируется организмом бактерии, обитающей в океане при очень специальных параметрах окружающей среды, и только при них он обладает своими уникальными свойствами.
«Мы впервые смоделировали так называемые физиологические условия существования и работы KR2 и в результате описали именно ту структуру нового белка, которая возникает при надлежащих свойствах окружающей среды», — поясняет Валентин Горделий, руководитель Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний в МФТИ и в Институте структурной биологии в Гренобле.
Специалисты считают, что знание подлинной структуры революционного для оптогенетики родопсина в физиологических условиях открывает грандиозные возможности для изучения работы нервной системы живых организмов, моделирования новых инструментов оптогенетики и их применения в медицинской практике.
Помимо сотрудников Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ, в работе принимали участие учёные из Института структурной биологии (фр. Institut de Biologie Structurale) Университета Гренобль-Альпы (фр. Université Grenoble Alpes-CEA-CNRS), Юлихского исследовательского центра (нем. Forschungszentrum Jülich GmbH, FZJ), Института кристаллографии (нем. Institut für Kristallographie) Рейнско-Вестфальского технического университета Ахена (нем. Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen), Европейского центра синхротронного излучения (European Synchrotron Radiation Facility, Grenoble), Института биофизики Общества Макса Планка (нем. Max Planck Institute of Biophysics, Frankfurt am Main).
