stringtranslate.com

Фотоактивированная аденилатциклаза

Структура фотоактивируемой аденилатциклазы OaPAC, образующей гомодимер. FMN: флавинмононуклеотид, поглощающий свет пигмент. [1]

Фотоактивируемая аденилатциклаза (PAC) — это белок , состоящий из домена фермента аденилатциклазы, напрямую связанного с доменом светочувствительного типа BLUF (синий световой рецептор с использованием FAD). При освещении синим светом домен фермента становится активным и преобразует АТФ в цАМФ , важный вторичный мессенджер во многих клетках. У одноклеточного жгутиконосца Euglena gracilis PACα и PACβ (euPAC) служат фоторецепторным комплексом, который воспринимает свет для фотофобных реакций и фототаксиса . [2] Небольшие, но мощные PAC были идентифицированы в геноме бактерий Beggiatoa (bPAC) и Oscillatoria acuminata (OaPAC). [3] [1] В то время как естественный bPAC обладает некоторой ферментативной активностью в отсутствие света, были созданы варианты без темновой активности (PACmn). [4]

Использование ПАК в качестве оптогенетических инструментов

Поскольку PAC состоят из светового датчика и фермента в одном белке, они могут быть выражены в других видах и типах клеток для манипулирования уровнями цАМФ с помощью света. Когда bPAC экспрессируется в сперме мыши , синее световое освещение ускоряет плавание трансгенных сперматозоидов и способствует оплодотворению . [5] При экспрессии в нейронах освещение изменяет схему ветвления растущих аксонов . [6] PAC использовался на мышах для выяснения функции нейронов в гипоталамусе , которые используют сигнализацию цАМФ для управления поведением спаривания. [7] Экспрессия PAC вместе с ионными каналами, управляемыми циклическими нуклеотидами (CNG), специфичными для K +, использовалась для гиперполяризации нейронов при очень низких уровнях освещенности, что не позволяет им генерировать потенциалы действия. [8] [9]

Родопсин гуанилатциклазы

Фотоактивируемые гуанилилциклазы были обнаружены в водных грибах Blastocladiella emersonii [10] [11] и Catenaria anguillulae . [12] В отличие от PAC, эти светоактивируемые циклазы используют ретиналь в качестве светового сенсора и, следовательно, являются родопсин -гуанилилциклазами (RhGC). При экспрессии в ооцитах Xenopus или нейронах млекопитающих RhGC генерируют цГМФ в ответ на зеленый свет. [12] Поэтому они считаются полезными оптогенетическими инструментами для исследования сигнализации цГМФ . [13]

Ссылки

  1. ^ аб Оки, Мио; Сугияма, Канако; Каваи, Фумихиро; Танака, Хитоми; Нихей, Юки; Унзай, Сатору; Такэбе, Масуми; Мацунага, Сигэру; Адачи, Синъити; Сибаяма, Наоя; Чжоу, Чживэнь (31 мая 2016 г.). «Структурное понимание фотоактивации аденилатциклазы фотосинтезирующих цианобактерий». Труды Национальной академии наук . 113 (24): 6659–6664. Бибкод : 2016PNAS..113.6659O. дои : 10.1073/pnas.1517520113 . ISSN  0027-8424. ПМЦ  4914150 . PMID  27247413.
  2. ^ Исеки, Минео; Мацунага, Сигэру; Мураками, Акио; Оно, Каору; Сига, Киёси; Ёсида, Кадзуичи; Сугай, Митизо; Такахаши, Тецуо; Хори, Терумицу; Ватанабэ, Масакацу (28 февраля 2002 г.). «Аденилатциклаза, активируемая синим светом, опосредует избегание фотосъемки у Euglena gracilis». Природа . 415 (6875): 1047–1051. Бибкод : 2002Natur.415.1047I. дои : 10.1038/4151047a. ISSN  1476-4687. PMID  11875575. S2CID  4420996.
  3. ^ Stierl, Manuela; Stumpf, Patrick; Udwari, Daniel; Gueta, Ronnie; Hagedorn, Rolf; Losi, Aba; Gärtner, Wolfgang; Petereit, Linda; Efetova, Marina; Schwarzel, Martin; Oertner, Thomas G. (14.01.2011). «Световая модуляция клеточного цАМФ с помощью малой бактериальной фотоактивируемой аденилатциклазы, bPAC, почвенной бактерии Beggiatoa». Журнал биологической химии . 286 (2): 1181–1188. doi : 10.1074/jbc.M110.185496 . ISSN  0021-9258. PMC 3020725. PMID 21030594  . 
  4. ^ Ян, Шан; Константин, Оана М.; Сачиданандан, Дивья; Хофманн, Ханнес; Кунц, Тобиас К.; Козьяк-Павлович Вера; Эртнер, Томас Г.; Нагель, Георг; Киттель, Роберт Дж.; Ну и дела, Кристин Э.; Гао, Шицян (18 октября 2021 г.). «PACmn для улучшения оптогенетического контроля внутриклеточного цАМФ». БМК Биология . 19 (1): 227. дои : 10.1186/s12915-021-01151-9 . ISSN  1741-7007. ПМЦ 8522238 . ПМИД  34663304. 
  5. ^ Янсен, Вера; Альварес, Луис; Балбах, Мелани; Штрункер, Тимо; Хегеманн, Питер; Каупп, У Бенджамин; Вахтен, Дагмар (2015-01-20). «Контроль оплодотворения и сигнализации цАМФ в сперме с помощью оптогенетики». eLife . 4 : e05161. doi : 10.7554/eLife.05161 . ISSN  2050-084X. PMC 4298566 . PMID  25601414. 
  6. ^ Чжоу, Живэнь; Танака, Кенджи Ф.; Мацунага, Сигэру; Исеки, Минео; Ватанабэ, Масакацу; Мацуки, Норио; Икегая, Юджи; Кояма, Рюта (22 января 2016 г.). «Фотоактивированная аденилатциклаза (PAC) раскрывает новые механизмы, лежащие в основе цАМФ-зависимого морфогенеза аксонов». Научные отчеты . 6 (1): 19679. Бибкод : 2016NatSR...519679Z. дои : 10.1038/srep19679. ISSN  2045-2322. ПМЦ 4726437 . ПМИД  26795422. 
  7. ^ Чжан, Стивен X.; Лутас, Эндрю; Ян, Шан; Диас, Адриана; Флур, Хьюго; Нагель, Георг; Гао, Шицян; Андерманн, Марк Л. (2021-09-09). «Нейроны гипоталамуса дофамина мотивируют спаривание посредством постоянной сигнализации цАМФ». Nature . 597 (7875): 245–249. Bibcode :2021Natur.597..245Z. doi :10.1038/s41586-021-03845-0. ISSN  0028-0836. PMC 8884112 . PMID  34433964. 
  8. ^ Бек, Себастьян; Ю-Стржельчик, Цзин; Паулс, Деннис; Константин, Оана М.; Ну и дела, Кристин Э.; Эманн, Надин; Киттель, Роберт Дж.; Нагель, Георг; Гао, Шицян (2 октября 2018 г.). «Синтетические светоактивируемые ионные каналы для оптогенетической активации и ингибирования». Границы в неврологии . 12 : 643. дои : 10.3389/fnins.2018.00643 . ISSN  1662-453X. ПМК 6176052 . ПМИД  30333716. 
  9. ^ Берналь Сьерра, Йинт Андреа; Рост, Бенджамин Р.; Пофаль, Мартин; Фернандес, Антониу Мигель; Коптон, Рамона А.; Мозер, Сильвен; Хольткамп, Доминик; Масала, Никола; Бид, Пратип; Туккер, Джон Дж.; Олдани, Сильвия (2018). «Оптогенетическое молчание на основе калиевых каналов». Природные коммуникации . 9 (1): 4611. Бибкод : 2018NatCo...9.4611B. дои : 10.1038/s41467-018-07038-8. ISSN  2041-1723. ПМК 6218482 . ПМИД  30397200. 
  10. ^ Шейб, Ульрика; Штефест, Катя; Ну и дела, Кристин Э.; Кёршен, Хайнц Г.; Фудим, Роман; Эртнер, Томас Г.; Хегеманн, Питер (11 августа 2015 г.). «Родопсин-гуанилилциклаза водного гриба Blastocladiella emersonii обеспечивает быстрый оптический контроль передачи сигналов цГМФ». Научная сигнализация . 8 (389): сс8. doi : 10.1126/scisignal.aab0611. ISSN  1945-0877. PMID  26268609. S2CID  13140205.
  11. ^ Авелар, Габриэла М.; Шумахер, Роберт И.; Заини, Пауло А.; Леонард, Гай; Ричардс, Томас А.; Гомес, Сьюли Л. (2014). «Функции слияния генов родопсин-гуанилилциклазы при визуальном восприятии у грибка». Current Biology . 24 (11): 1234–1240. doi :10.1016/j.cub.2014.04.009. PMC 4046227 . PMID  24835457. 
  12. ^ аб Шейб, Ульрика; Брозер, Матиас; Константин, Оана М.; Ян, Шан; Гао, Шицян; Мукерджи, Шатаник; Штефест, Катя; Нагель, Георг; Ну и дела, Кристин Э.; Хегеманн, Питер (2018). «Родопсинциклазы для фотоконтроля цГМФ/цАМФ и структура 2,3 Å домена аденилатциклазы». Природные коммуникации . 9 (1): 2046. Бибкод : 2018NatCo...9.2046S. doi : 10.1038/s41467-018-04428-w. ISSN  2041-1723. ПМЦ 5967339 . ПМИД  29799525. 
  13. ^ Рост, Бенджамин Р.; Шнайдер-Варме, Франциска; Шмитц, Дитмар; Хегеманн, Питер (2017). «Оптогенетические инструменты для субклеточных приложений в неврологии». Нейрон . 96 (3): 572–603. дои : 10.1016/j.neuron.2017.09.047 . ПМИД  29096074.