一个国际研究小组首次获得了处于活性状态的光敏钠泵浦KR2蛋白的结构。该发现提供了光驱动钠离子跨细胞膜转移的机制的描述。该论文发表在《自然通讯》上。
KR2是微生物视紫红质的一个非常大的家族的成员-视紫红质存在于古细菌，细菌，病毒和真核生物的细胞膜中。这些蛋白质具有广泛的功能，包括光驱动离子跨膜运输。这种离子通道和泵浦是光遗传学的主要工具，光遗传学是生物医学中蓬勃发展的领域，其重点是通过用光照射细胞来控制体内的细胞。
由于光遗传学对微创技术的研究和解决阿尔茨海默氏病，帕金森氏病和其他疾病的神经退行性疾病的治疗方法的应用，使其倍受关注。除此之外，光遗传学还可以逆转视力和听力损失并恢复肌肉活动。
尽管取得了许多成功，但光遗传学的进一步发展因适用于细胞激活和抑制的可用蛋白质数量有限而变得复杂。例如，最广泛使用的光遗传学工具Channelhohodopsin 2，其结构最初是由MIPT研究人员和毕业生在《科学》杂志上报道的，它既可以传输钠离子，钾离子，钙离子，也可以传输质子。蛋白质的低选择性导致对细胞的不良副作用。结果，优化用于使用光遗传学工具的方案目前是昂贵且费时的。
寻找新的，更具选择性的蛋白质是光遗传学的首要任务。其中一种候选药物是2013年发现的KR2视紫红质，它是一种独特的工具，可以在生理条件下选择性地仅将钠离子转运通过膜。了解KR2的工作方式对于优化该蛋白质的功能特性并将其用作新的光遗传学工具的基础至关重要。
MIPT生物物理学家于2015年和2019年发布了各种形式的KR2的第一个结构。除其他事项外，他们还表明该蛋白质在膜中组织成五聚体，这种行为对其功能至关重要。
但是，到目前为止，所有描述的模型都研究了处于非活性或基态的蛋白质。然而，只有在处于活动状态时(在光照后)，蛋白质才能真正运输钠。为了了解KR2泵的工作原理，研究人员现已获得并描述了其处于活动状态的高分辨率结构。
该研究的第一作者，MIPT博士生Kirill Kovalev说：“我们开始使用传统方法，通过激光照射激活已生长的蛋白质晶体中的KR2，并通过将其冷冻在100开尔文温度下，迅速获得了活跃状态的快照。” 。“我们很幸运，因为这样的操作很可能会破坏晶体。为避免这种情况，我们必须微调激光的波长和功率，并找到最佳的曝光时间。”
MIPT衰老和与年龄有关的疾病的分子机制研究中心的独特设备，使得生产实验所需的大量高质量KR2视紫红质晶体成为可能。
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