Optogenetics 光控基因技术系列 (二)

光敏蛋白结构

在神经生物学中,受体一般分为两类: 离子通道和化学偶联受体,比如G蛋白偶联受体GPCR.

有眼睛这一感光器官的动物中,感光受体为G蛋白偶联受体rhodopsin和melanopsin.

但是低等的绿藻蓝藻等植物上,有受光子激活的离子通道.这是非常令人激动的,这意味着只需要把一个蛋白的DNA序列转染到细胞中,就可以用光来控制细胞活性.

过去的近20年间,许多光敏蛋白的三维晶体结构得以通过X射线衍射技术测得.主要是日本人的工作,有来自东京大学,名古屋大学等.

Rhodopsin (Salom et al., 2006; Murakami and Kouyama, 2008)

Rhodopsin的二维结构(Salom et al., 2006):

Rhodopsin的三维结构

下图来源: http://www.photobiology.info/Terakita_files/Fig1.png 

Melanopsin的结构和Rhodopsin很接近,也是7个跨膜结构域.

Channelrhodopsin (Kato et al., 2012)

Halorhodopsin (Kouyama etal., 2010)

KatoHE, Zhang F, Yizhar O, Ramakrishnan C, Nishizawa T, Hirata K, Ito J, Aita Y,Tsukazaki T, Hayashi S, Hegemann P, Maturana AD, Ishitani R, Deisseroth K,Nureki O (2012) Crystal structure of the channelrhodopsin light-gated cationchannel. Nature 482:369-374.

Kouyama T, Kanada S,Takeguchi Y, Narusawa A, Murakami M, Ihara K (2010) Crystal structure of thelight-driven chloride pump halorhodopsin from Natronomonas pharaonis. J MolBiol 396:564-579.

Murakami M, Kouyama T (2008)Crystal structure of squid rhodopsin. Nature 453:363-367.

Salom D, Lodowski DT,Stenkamp RE, Le Trong I, Golczak M, Jastrzebska B, Harris T, Ballesteros JA,Palczewski K (2006) Crystal structure of a photoactivated deprotonatedintermediate of rhodopsin. Proc Natl Acad Sci U S A 103:16123-16128.