Os cientistas examinaram uma proteína que terá aplicação na optogenética e pode ser usada para controlar células musculares e neuronais. O artigo sobre a proteína NsXeR sensível à luz da classe da xenorodopsina foi publicado em Avanços da Ciência pela equipe internacional de pesquisadores do MIPT, Forschungszentrum Jülich, e Institut de Biologie Structurale.

A optogenética é uma nova técnica que usa luz para controlar neurônios ou células musculares em tecidos vivos. Encontrou ampla aplicação em estudos do sistema nervoso. As manipulações optogenéticas são tão precisas que tornam possível controlar neurônios individuais ao ligar ou desligar certas vias de transferência de informação. Métodos semelhantes também são usados ​​para reverter parcialmente a visão ou perda auditiva, bem como para controlar as contrações musculares.

As principais ferramentas da optogenética são proteínas sensíveis à luz que são inseridas intencionalmente em células específicas. Após a inserção, a proteína se liga à superfície da célula e move os íons através da membrana após a exposição à luz. Assim, em uma célula neuronal modificada, um impulso de luz escolhido corretamente pode ativar um sinal neural ou, pelo contrário, suprimir todos os sinais, dependendo de qual proteína é usada. Ao ativar sinais de neurônios individuais, é possível imitar o funcionamento de certas regiões do cérebro - técnica que modula o comportamento do organismo em estudo. Se essas proteínas forem inseridas nas células musculares, um sinal externo pode tensioná-los ou relaxá-los.

Os autores do artigo, que foi publicado em Avanços da Ciência , descreveu uma nova ferramenta optogenética - uma proteína chamada NsXeR, que pertence à classe de xenorrodopsinas . Quando exposto à luz, pode ativar neurônios individuais, fazendo-os enviar sinais definidos para o sistema nervoso. Além de aplicações na pesquisa do sistema nervoso, xenorrodopsinas também pode assumir o controle das células musculares. Para ativar essas células, é preferível que o transporte de íons de cálcio seja bloqueado, porque alterações na concentração de íons podem afetá-los. Ao usar proteínas que transportam vários íons positivos (como o cálcio) de forma não seletiva, efeitos colaterais indesejáveis ​​podem aparecer.

A proteína ajuda a contornar a translocação descontrolada de cálcio. É seletivo e não bombeia nada além de prótons na célula. Por causa dessa seletividade, tem uma vantagem considerável sobre seu principal rival canal rodopsina, que está sendo amplamente utilizado em pesquisas, mas não discrimina entre íons carregados positivamente. O que é mais, o xenorodopsinata como uma bomba confiável, transportando prótons para dentro e para fora da célula, independentemente de sua concentração, ao passo que a canalrodopsina só permite que os íons se movam de uma área de concentração mais alta para uma área de concentração mais baixa. Em ambos os casos, um influxo de carga positiva em uma célula excitável reduz a tensão entre suas superfícies de membrana interna e externa. Essa despolarização da membrana gera um impulso nervoso ou muscular. A capacidade de induzir tal impulso bombeando nada além de prótons reduzirá os possíveis efeitos colaterais durante a pesquisa.

"Até agora, temos todos os dados necessários sobre como as funções da proteína. Isso se tornará a base de nossas pesquisas futuras destinadas a otimizar e ajustar os parâmetros da proteína às necessidades da optogenética, "diz Vitaly Shevchenko, o autor principal do artigo e membro da equipe do Laboratório MIPT para Estudos Avançados de Proteínas de Membrana.