Gli scienziati hanno esaminato una proteina che troverà applicazione nell'optogenetica e potrebbe essere utilizzata per controllare le cellule muscolari e neuronali. Il documento sulla NsXeRprotein sensibile alla luce della classe xenorhodopsin è stato pubblicato in Progressi scientifici dal team internazionale di ricercatori del MIPT, Forschungszentrum Jülich, e Istituto di Biologia Strutturale.

L'optogenetica è una nuova tecnica che utilizza la luce per controllare i neuroni o le cellule muscolari nei tessuti viventi. Ha trovato ampia applicazione negli studi sul sistema nervoso. Le manipolazioni optogenetiche sono così precise che consentono di controllare i singoli neuroni attivando o disattivando determinati percorsi di trasferimento delle informazioni. Metodi simili vengono utilizzati anche per invertire parzialmente la perdita della vista o dell'udito, nonché per controllare le contrazioni muscolari.

I principali strumenti dell'optogenetica sono proteine ​​fotosensibili che vengono inserite intenzionalmente in particolari cellule. Dopo l'inserimento, la proteina si attacca alla superficie cellulare e sposta gli ioni attraverso la membrana dopo l'esposizione alla luce. Così, in una cellula neuronale modificata, un impulso luminoso scelto correttamente può attivare un segnale neurale o, anzi, sopprimere tutti i segnali, a seconda di quale proteina viene utilizzata. Attivando i segnali dei singoli neuroni, è possibile imitare il funzionamento di alcune regioni del cervello, una tecnica che modula il comportamento dell'organismo in studio. Se tali proteine ​​vengono inserite nelle cellule muscolari, un segnale esterno può irrigidirli o rilassarli.

Gli autori del documento, che è stato pubblicato in Progressi scientifici , descritto un nuovo strumento optogenetico, una proteina chiamata NsXeR, che appartiene alla classe di xenorodopsine . Quando esposto alla luce, può attivare singoli neuroni, facendoli inviare segnali prefissati al sistema nervoso. Oltre alle applicazioni nella ricerca sul sistema nervoso, xenorodopsine può anche assumere il controllo delle cellule muscolari. Per attivare queste cellule, è preferibile che il trasporto di ioni calcio sia bloccato, perché le alterazioni nella concentrazione di ioni possono influenzarli. Quando si utilizzano proteine ​​che trasportano vari ioni positivi (come il calcio) in modo non selettivo, è probabile che si manifestino effetti collaterali indesiderati.

La proteina aiuta a bypassare la traslocazione di calcio incontrollata. È selettivo e non pompa altro che i protoni nella cellula. A causa di questa selettività, ha un notevole vantaggio sul suo principale rivale, la channelrhodopsin, che viene ampiamente utilizzato nella ricerca ma non discrimina tra ioni caricati positivamente. Inoltre, xenorodopsina agisce come una pompa affidabile, trasportare protoni sia dentro che fuori dalla cellula indipendentemente dalla loro concentrazione, mentre la channelrhodopsin consente solo agli ioni di spostarsi da un'area di maggiore concentrazione a un'area di minore concentrazione. In entrambi i casi un afflusso di carica positiva in una cella eccitabile riduce la tensione tra le sue superfici della membrana interna ed esterna. Tale depolarizzazione della membrana genera un impulso nervoso o muscolare. La capacità di indurre un tale impulso pompando nient'altro che protoni ridurrà i possibili effetti collaterali durante la ricerca.

"Finora abbiamo tutti i dati necessari su come funziona la proteina. Questa diventerà la base della nostra ulteriore ricerca volta a ottimizzare e adeguare i parametri proteici alle esigenze dell'optogenetica, "dice Vitaly Shevchenko, l'autore principale dell'articolo e un membro dello staff del MIPT Laboratory for Advanced Studies of Membrane Proteins.