Международная группа исследователей впервые в мире раскрыла и изучила структуру белка-родопсина KR2 в физиологических условиях. Это сулит новый прорыв в одной из самых актуальных биомедицинских дисциплин — оптогенетике — и таких ее практических применениях, как лечение неврологических заболеваний.

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, порожденная открытием KR2, столкнулась и с некоторыми весьма загадочными свойствами этого родопсина.

Белок-родпсин KR2, внедренный в клеточную мембрану (изображена на рисунке в виде голубых дисков), пропускает либо блокирует ионы натрия в зависимости от воздействия света / ©Kirill Kovalev et al. / Science Advances

В частности, оказалось, что несколько групп исследователей в ходе своей работы обнаружили и описали в общей сложности целых пять отличающихся друг от друга структур многообещающего белка.

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

И вот теперь выяснились причины пугающего многообразия структур нового белка. Оно оказалась 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 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).