Las técnicas de optogenética, que permiten a los científicos mapear y controlar las células nerviosas mediante la estimulación con luz, se están utilizando para estudiar los circuitos neuronales en el cerebro con una precisión sin precedentes. Esta tecnología revolucionaria se basa en proteínas sensibles a la luz como las canalodopsinas e investigadores de la UC SantaCruz ahora ha determinado el mecanismo molecular involucrado en la activación inducida por la luz de una de estas proteínas.
Los nuevos hallazgos, publicados el 3 de julio en dos artículos en el Revista de Química Biológica puede ayudar a los científicos a crear proteínas a medida optimizadas para su uso en optogenética, dijo David Kliger, autor principal de ambos artículos y profesor de química y bioquímica en la UC Santa Cruz.
"Poco se sabía sobre el mecanismo funcional de estas proteínas a pesar de que son ampliamente utilizadas en optogenética", dijo Kliger.
Los investigadores utilizaron espectroscopía láser rápida para estudiar la función de Channelrhodopsin-2, que se encuentra en un tipo de alga marina y se usa ampliamente en experimentos de optogenética. Channelrhodopsins son canales iónicos que controlan el flujo de iones a través de las membranas celulares.muchos tipos de canales iónicos que sirven para diferentes propósitos en diferentes tipos de células: las señales nerviosas implican el flujo de iones a través de las membranas de las células nerviosas, y el avance de la optogenética fue el descubrimiento de que la inserción de genes para canales iónicos activados por la luz como la canalodopsina en las neuronaslos haría disparar en respuesta a la luz.
El primer artículo describe el mecanismo de la función de la canalodopsina en términos de estados intermedios por los que atraviesa la proteína en el proceso de abrir el canal iónico. En el segundo artículo, los investigadores mostraron que el mecanismo revelado en el primer artículo puede explicar los patrones de ionescorrientes observadas en experimentos de optogenética.
"Es emocionante porque esto abre una metodología para comenzar a seleccionar proteínas mutantes con propiedades optimizadas para la optogenética, que es importante para la investigación del cerebro y para estudiar los procesos neurológicos en general", dijo Kliger.
Dijo que hay varios tipos de modificaciones que podrían ser útiles para la optogenética, como hacer que las proteínas sean más eficientes para que se necesite menos luz para desencadenar las corrientes en las neuronas. En algunos casos, los investigadores pueden querer acelerar la apertura del canalo ralentizarlo, o pueden querer acelerar o ralentizar el cierre del canal. Dependiendo de los tejidos que se estudian, también pueden querer cambiar el espectro de luz necesario para activar la proteína.
"Estos experimentos básicos de biofísica pueden ayudar a optimizar cómo funcionan las proteínas en los experimentos de optogenética", dijo Kliger.
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Materiales proporcionado por Universidad de California - Santa Cruz . Original escrito por Tim Stephens. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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