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| ハロロドプシン | |
|---|---|
 ヨーロッパバイオインフォマティクス研究所のジャワハル・スワミナサンとMSDスタッフによるハロロドプシン漫画視覚化 | |
| 識別子 | |
| シンボル | バクロドプシン |
| インタープロ | CD15243 |
| SCOP2 | 8071317 / スコープ / SUPFAM |
| TCDB | 3.E.1.2.2 |
| OPMスーパーファミリー | 6 |
| OPMタンパク質 | 76 |
ハロロドプシンは、微生物ロドプシンファミリーに属する7回膜貫通型レチニリデンタンパク質です。これは塩化物特異的な光活性化イオンポンプで、ハロバクテリアとして知られる古細菌に見られます。約578 nmの緑色光波長によって活性化されます。[1]ハロロドプシンは、光依存性イオンチャネルであるチャネルロドプシンと配列類似性も持っています。
ハロロドプシンには、必須の光異性化ビタミン A誘導体であるオールトランスレチナールが含まれています。この分子の構造と機能の発見に注力してきたため、ハロロドプシンは結晶構造がわかっている数少ない膜タンパク質の 1 つです。ハロロドプシンは、緑色/黄色の光のエネルギーを使用して、膜電位を克服して塩化物イオンを細胞内に移動します。塩化物に加えて、他のハロゲン化物と硝酸塩も細胞内に輸送します。細胞による塩化カリウムの摂取は、細胞の成長中に浸透圧バランスを維持するのに役立ちます。同じ作業を実行することで、光駆動型アニオンポンプは代謝エネルギーの使用を大幅に削減できます。ハロロドプシンは多くの研究の対象となっており、その構造は正確にわかっています。その特性はバクテリオロドプシンと似ており、これら 2 つの光駆動型イオンポンプは陽イオンと陰イオンを反対方向に輸送します。
ハロロドプシンアイソフォームは、 Halobacterium salinarumやNatronobacterium pharaonisなど、複数の種類のハロバクテリアに見られます。現在進行中の研究の多くは、これらの違いを調査し、それを使用して光サイクルとポンプの特性を解析しています。バクテリオロドプシンに次いで、ハロロドプシンは研究されたタイプ I (微生物) オプシンの中で最良のものかもしれません。ハロロドプシンレチナール複合体のピーク吸光度は約 570 nm です。
青色光活性化イオンチャネルであるチャネルロドプシン2が、短い青色光パルスで興奮性細胞（ニューロン、筋肉細胞、膵臓細胞、免疫細胞など）を活性化する能力を開くのと同様に、ハロロドプシンは短い黄色光パルスで興奮性細胞を沈黙させる能力を開きます。このように、ハロロドプシンとチャネルロドプシンを一緒に使用すると、神経活動の多色光学活性化、沈黙、非同期化が可能になり、強力な神経工学ツールボックスが作成されます。[2] [3]
ナトロノモナス由来のハロロドプシン（NpHR）は、哺乳類システムのニューロンの活動電位の抑制に使用されています。NpHRの光活性化は、過分極を生成するための自然なプロセスの一部である塩化物イオンの流入につながるため、NpHR誘導抑制はニューロンで非常にうまく機能します。元のNpHRチャネルは、哺乳類細胞で発現した場合、細胞の小胞体に蓄積する傾向を示しました。 [4] 細胞内局在の問題を克服するために、ERエクスポートモチーフがNpHR配列に追加されました。この修正されたNpHR（eNpHR2.0と呼ばれる）は、凝集体のない、生体内でのNpHRの高レベル発現を促進するためにうまく利用されました。[5] しかし、NpHRの修正された形式でさえ、細胞膜への局在が不十分でした。より高い膜局在を達成するために、カリウムチャネル（Kir2.1）からのゴルジエクスポートシグナルと膜輸送シグナルを追加することによってさらに修正されました。 Kir2.1シグナルの追加によりNpHRの膜局在が大幅に改善され、この改変されたNpHRはeNpHR3.0と名付けられました。[6]
歴史
ハロロドプシンは、塩を好む (好塩性の)古細菌であるハロバクテリウム サリナルムで 1980 年に発見されました。[7]
語源
ハロロドプシンという名前はギリシャ語に由来し、接頭辞のhalo-は「塩」または「海」を意味するἅλς ( háls )に由来する。 [8]接尾辞の-rhodopsinは、そのピンク色がかった色からῥόδον ( rhódon 、「バラ」)とὄψις ( ópsis、「光景」)に由来する。[9]
構造
ハロロドプシンは7つの膜貫通らせん構造に折り畳まれており、網膜で光を感知する色素である脊椎動物のロドプシンと類似した三次構造（一次配列構造ではない）を持っています。[10]
アプリケーション
ハロロドプシンは、特定のニューロンを過分極（抑制）するためにオプトジェネティクスで使用されています。オプトジェネティクスは、てんかんやパーキンソン病など、現在の治療法が必ずしも効果的ではない神経疾患に対する治療法として提案されています。[11] NpHRは、神経毒6-OHDAを使用して損傷した片側パーキンソン病ラットの視床下核の興奮性ニューロンを抑制するために使用されています。[11]
参考文献
- ^ 「ハロロドプシン」。マックス・プランク生化学研究所。2023年4月8日。
- ^ Zhang F、Wang L、Brauner M、Liewald J、Kay K、Watzke N、Wood P、Bamberg E、Nagel G、Gottschalk A、Deisseroth K (2007 年 4 月)。「神経回路のマルチモーダル高速光学的調査」。Nature . 446 ( 7136): 633–639. doi :10.1038/nature05744. PMID 17410168. S2CID 4415339.
- ^ Han X、 Boyden ES (2007 年 3 月)。「単一スパイクの時間分解能による神経活動の多色光活性化、サイレンシング、および非同期化」。PLOS ONE。2 ( 3 ) : e299。doi : 10.1371 / journal.pone.0000299。PMC 1808431。PMID 17375185。
- ^ Gradinaru V、 Thompson KR、Deisseroth K (2008 年 8 月) 。 「eNpHR: オプトジェネティクス用途向けに強化された Natronomonas ハロロドプシン」。Brain Cell Biology。36 ( 1–4): 129–39。doi : 10.1007 /s11068-008-9027-6。PMC 2588488。PMID 18677566。
- ^ Gradinaru, Viviana; Mogri, M.; Thompson, KR; Henderson, JM; Deisseroth, K (2009). 「パーキンソン病神経回路の光学的分解」. Science . 324 (5925): 354–359. CiteSeerX 10.1.1.368.668 . doi :10.1126/science.1167093. PMC 6744370. PMID 19299587 .
- ^ Gradinaru, Viviana; Feng Zhang; Charu Ramakrishnan; Joanna Mattis; Rohit Prakash; Ilka Diester; Inbal Goshen; Kimberly R. Thompson; Karl Deisseroth (2010). 「オプトジェネティクスの多様化と拡張に向けた分子および細胞アプローチ」. Cell . 141 (1): 154–165. doi :10.1016/j.cell.2010.02.037. PMC 4160532. PMID 20303157 .
- ^ 松野八木明美; 向幡康雄 (1980-01-01). 「バクテリオロドプシンを欠く Halobacterium の赤色変異株における光依存性プロトン取り込みに関連する ATP 合成」生化学および生物物理学のアーカイブ。199 (1): 297–303。doi :10.1016/0003-9861(80)90284-2。ISSN 0003-9861 。
- ^ 「halo-」、Wiktionary、 2023-03-17、2023-04-08取得
- ^ 「ロドプシン」、ウィクショナリー、2023-03-05、2023-04-08取得
- ^ 「ハロロドプシン」。マックス・プランク生化学研究所。2023年4月8日。
- ^ ab Ji, Zhi-Gang; Ishizuka, Toru; Yawo, Hiromu (2013-01-01). 「チャネルロドプシン - 神経疾患の遺伝子治療におけるその可能性」。神経科学研究。 光伝達タンパク質と神経科学におけるオプトジェネティクスの応用。75 (1): 6–12。doi :10.1016/j.neures.2012.09.004。ISSN 0168-0102。
外部リンク
- MIT 合成神経生物学グループ: ハロロドプシンによるニューロンの光サイレンシング
- 米国国立医学図書館の医学件名標目表(MeSH)におけるハロロドプシン
- オプトジェネティクスリソースセンター
- OpenOptogenetics.org は、オプトジェネティクスに関するオープン ウィキです。