Ученые из МФТИ под руководством Валентина Горделия при участии коллег из исследовательского центра Юлих, Института Макса Планка (Германия) и Института структурной биологии (Франция) нашли объяснение процессу перекачки ионов натрия через клеточную мембрану особым белком, который реагирует на воздействие света. Результаты исследования опубликованы в журнале FEBS Letters, а основное содержание исследования представлено на вебсайте МФТИ.
В своем проекте международная группа исследователей сосредоточилась на изучении свойств мембранного белка KR2. Как следует из названия, эти вещества находятся у границ живых клеток и регулируют процессы их жизнедеятельности. В частности, под воздействием особых биологических сигналов, они выполняют роль «насосов» для веществ, которые не могут самостоятельно проходить сквозь клеточную мембрану. Таким сигналом может выступать, к примеру, изменение потенциала вдоль нейрона, а в некоторых живых организмах, скажем, некоторых морских бактериях, — солнечный свет.
Ученые установили, что под воздействием света элемент белка К2, называемый ретиналь, открывает «вход» в структуру белка молекулам натрия. При этом «обратный ход» для них закрывается. Когда же натрий проходит в клетку, белок возвращается в исходное состояние, ожидая энергии от следующего фотона.
Кроме того ученые выяснили, что мембранным белкам свойственно объединяться, образовывая олигомеры — группы соседствующих белков. При этом «пропускная способность» таких групп несколько больше, чем у мономеров (одиночных белков). Зная «ширину» входа, достаточную для переноса в клетку иона вместо протона (она равняется, по подсчетам, 12 ангстрем), ученые надеются научиться регулировать прохождение нужных ионов в клетку.
Значимость работы связана с тем, что специалисты в области оптогенетики надеются с помощью использования этого механизма научиться управлять нервными импульсами в живых клетках. Понимание деталей процесса работы мембранных белков, действительно, дает ключ к созданию «переключателей» из света разной длины волны, которые можно использовать для «зарядки» или «разрядки» клетки.
В прежних экспериментах для «перекачки» ионов натрия сквозь клеточную мембрану использовались неспецифичные каналы, например родопсин и галородопсин, а также протонные помпы. Но все эти методы имеют свои недостатки. Их применение не давало возможности точно управлять нервной проводимостью клетки.
Оптогенетические исследования по изучению мембранных белков открывают возможности для лечения и предупреждения многих тяжелых нервных заболеваний, таких как синдром Паркинсона и старческое слабоумие. Также методы оптогенетики в одном из экспериментов позволили восстановить зрение мышам.
Ранее портал Научная Россия писал о другом совместном исследовании этого коллектива ученых, показавшем, что мембранные белки синтезируются быстрее при помощи химер.
