Биофизики расшифровали подлинную структуру родопсина KR2

Работа ученых опубликована в одном из самых престижных научных журналов — Science Advances, издании Американской ассоциации содействия развитию науки.

Оптогенетика — новейшая 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 как раз и использует оптогенетика. Под воздействием света они позволяют заряженным частицам — ионам — проникать в клетку или выходить из нее. Внедряя подобные белки в нейронную мембрану, ученые получают возможность направленными световыми импульсами управлять активностью нервных клеток.

Но волна исследований после открытия KR2 столкнулась и с некоторыми весьма загадочными свойствами этого родопсина. Оказалось, что несколько групп исследователей обнаружили и описали целых пять отличающихся друг от друга структур многообещающего белка.

«И встал драматический вопрос: а какую же из этих структур считать правильной?» — говорит один из основных авторов работы, аспирант МФТИ Кирилл Ковалев.

Пугающему многообразия структур нашлось объяснение. 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 ученые из Института структурной биологии Гренобльского университета и Европейского ускорительного комплекса в Гренобле (Франция), Юлихского исследовательского центра, Аахенского университета и Института Макса Планка (Германия).