Функциональный анализ генов канальных родопсинов зеленых водорослей беломорского бассейна

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Оптогенетика как метод светоуправляемой регуляции клеточных процессов базируется на применении канальных родопсинов, напрямую генерирующих фотоиндуцированные токи. Наибольшее количество генов канальных родопсинов идентифицировано у зеленых микроводорослей Chlorophyta, и запрос на увеличение числа функционально охарактеризованных канальных родопсинов и разнообразие их фотохимических параметров постоянно растет. Мы провели экспрессионный анализ генов катионных канальных родопсинов (CCR) в природных изолятах микроводорослей родов Haematococcus и Bracteacoccus из уникальной зоны Полярного круга. Обнаруженный полноразмерный CCR транскрипт Haematococcus lacustris является продуктом альтернативного сплайсинга и кодирует белок Hl98CCR2, не обладающий фотохимической активностью. 5′-Концевой фрагмент транскрипта CCR Bracteacoccus aggregatus кодирует белок Ba34CCR, содержащий консервативный мембранный домен ТМ1–ТМ7 и короткий участок цитозольного фрагмента. При гетерологичной экспрессии фрагмента ТМ1–ТМ7 в культуре клеток СНО-К1 наблюдалась светозависимая генерация тока, параметры которого соответствуют характеристикам CCR. Впервые обнаруженный функциональный канальный родопсин Bracteacoccus не имеет близких гомологов CCR и может представлять интерес в качестве кандидата для оптогенетики.

Об авторах

О. В. Карпова

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: olgakarpova@ymail.com

биологический факультет

Россия, 119991 Москва

Е. Н. Виноградова

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; НИЦ «Курчатовский Институт»

Email: olgakarpova@ymail.com

биологический факультет; НБИКС Геномный Центр

Россия, 119991 Москва; 123182 Москва

А. М. Мойсенович

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: olgakarpova@ymail.com

биологический факультет

Россия, 119991 Москва

О. Б. Пустовит

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: olgakarpova@ymail.com

биологический факультет

Россия, 119991 Москва

А. А. Рамонова

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: olgakarpova@ymail.com

биологический факультет

Россия, 119991 Москва

Д. В. Абрамочкин

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: olgakarpova@ymail.com

биологический факультет

Россия, 119991 Москва

Е. С. Лобакова

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: olgakarpova@ymail.com

биологический факультет

Россия, 119991 Москва

Список литературы

  1. Govorunova, E. G., Sineshchekov, O. A., and Spudich, J. L. (2022) Emerging diversity of channelrhodopsins and their structure-function relationships, Front. Cell. Neurosci., 15, 800313, https://doi.org/10.3389/fncel.2021.800313.
  2. Sineshchekov, O. A., Govorunova, E. G., Der, A., Keszthelyi, L., and Nultsch, W. (1992) Photoelectric responses in phototactic flagellated algae measured in cell suspension, J. Photochem. Photobiol. B Biol., 13, 119-134, https://doi.org/10.1016/1011-1344(92)85051-U.
  3. Sineshchekov, O. A., Jung, K.-H., and Spudich, J. L. (2002) Two rhodopsins mediate phototaxis to low- and high-intensity light in Chlamydomonas reinhardtii, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 99, 8689-8694, https://doi.org/10.1073/pnas.122243399.
  4. Govorunova, E. G., Jung, K.-W., Sineshchekov, O. A., and Spudich, J. L. (2004) Chlamydomonas sensory rhodopsins A and B: cellular content and role in photophobic responses, Biophys. J., 86, 2342-2349, https://doi.org/10.1016/S0006-3495(04)74291-5.
  5. Deisseroth, K. (2015) Optogenetics: 10 years of microbial opsins in neuroscience, Nat. Neurosci., 18, 1213-1225, https://doi.org/10038/nn.4091.
  6. Govorunova, E. G., Sineshchekov, O. A., Li, H., Wang, Y., Brown, L. S, Palmateer, A., Melkonian, M., Cheng, S., Carpenter, E., Patterson, J., Wong, G. K., and Spudich, J. L. (2021) Cation and anion channelrhodopsins: sequence motifs and taxonomic distribution, mBio, 12, e0165621, https://doi.org/10128/mBio.01656-21.
  7. Карпова О. В., Виноградова E. Н., Лобакова Е. С. (2022) Идентификация генов канальных родопсинов в зеленых и криптофитовых водорослях Белого и Черного морей, Биохимия, 87, 1492-1504, https://doi.org/10.31857/S0320972522100141.
  8. Galietta, L. J., Haggie, P. M., and Verkman, A. S. (2001) Green fluorescent protein-based halide indicators with improved chloride and iodide affinities, FEBS Lett., 499, 220-224, https://doi.org/10.1016/s00145793(01)02561-3.
  9. Hou, S. Y., Govorunova, E. G., Ntefidou, M., Lane, C. E., Spudich, E. N., Sineshchekov, O. A., Spudich, J. L. (2012) Diversity of Chlamydomonas channelrhodopsins, Photochem. Photobiol., 88, 119-128, https://doi.org/10.1111/j.1751-1097.2011.01027.x.
  10. Klapoetke, N. C., Murata, Y., Kim, S. S., Pulver, S. R., Birdsey-Benson, A., Cho, Y. K., Morimoto, T. K., Chuong, A. S., Carpenter, E. J., Tian, Z., Wang, J., Xie, Y., Yan, Z., Zhang, Y., Chow, B. Y., Surek, B., Melkonian, M., Jayaraman, V., Constantine-Paton, M., Wong, G. K., and Boyden, E. S. (2014) Independent optical excitation of distinct neural populations, Nat. Methods, 11, 338-346, https://doi.org/10.1038/nmeth.2836.
  11. Rozenberg, A., Oppermann, J., Wietek, J., Fernandez Lahore, R. G., Sandaa, R. A., Bratbak, G., Hegemann, P., and Béjà, O. (2020) Lateral gene transfer of anion-conducting channelrhodopsins between green algae and giant viruses, Curr. Biol., 30, 4910-4920, https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.09.056.
  12. Nagel, G., Ollig, D., Fuhrmann, M., Kateriya, S., Musti, A. M., Bamberg, E., and Hegemann, P. (2002) Channelrhodopsin-1: a light-gated proton channel in green algae, Science, 296, 2395-2398, https://doi.org/10.1126/science.1072068.
  13. Nagel, G., Szellas, T., Huhn, W., Kateriya, S., Adeishvili, N., Berthold, P., Ollig, D., Hegemann, P., and Bamberg E. (2003) Channelrhodopsin-2, a directly light-gated cation-selective membrane channel, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 100, 13940-13945, https://doi.org/10073/pnas1936192100.
  14. Говорунова Е. Г., Синещеков О. А. (2023) Канальные родопсины: от фототаксиса к оптогенетике, Биохимия, 88, 1880-1897, https://doi.org/10.1134/S000629792310015.
  15. Hososhima, S., Ueno, S., Okado, S., Inoue, K., and Konno, M. (2023) A light-gated cation channel with high reactivity to weak light, Sci. Rep., 13, 7625, https://doi.org/10.1038/s41598-023-34687-7

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024