ابزاری برای روشن و خاموش کردن پروتئین ها

پروتئین های حساس به نور که به عنوان ابزارهای نوری «اپتوژنتیک» نیز شناخته می شوند را می توان با کمک پالس های نوری، روشن و خاموش کرد و به این ترتیب فرایندهای خاص سلولی را در آنها تحریک کرد.

یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه رور بوخوم Ruhr-Universität Bochum ابزار اپتوژنتیکی جدیدی را طراحی کرده است که با سیگنال های بسیار ضعیف و کوتاه، می توان پروتئین پاراپینوپسین را روشن و خاموش کرد. طول موج تحریک مورد نیاز برای این منظور تا حد زیادی متفاوت طول موجی است که توسط سایر ابزارهای اپتوژنتیک شناخته شده مورد استفاده قرار می گیرد. در نتیجه می توان از دو ابزار به طور هم زمان استفاده کرد. این تیم تحقیقاتی به سرپرستی پروفسور اشتفان هرلیتس و پروفسور کلاوس گرورت گزارش مربوط به این یافته ها را شماره جدید مجله ChemBioChem منتشر کرده اند.

در حالی که قبلا محققان، بیشتر به تحقیق در مورد پروتئین ملانوپسین پرداخته بودند، اکنون از پاراپینوپسین استفاده کردند. دنیس آیکلبک استاد دانشکده جانورشناسی عمومی و نوروبیولوژی در دانشگاه رور بوخوم می گوید: این ابزار، یک آپسین (پروتئینی حساس به نور که تولید رنگ دانه می کند) است، یعنی یک گیرنده حساس به نور متصل به پروتئین G که از اندام های کاجی شکل مارماهی ژاپنی گرفته شده است.

 محققان از روش های الکتروفیزیولوژیکی و نوری برای تحلیل این گیرنده استفاده کردند. محققان دانشکده بیوفیزیک با ترکیب این رویکردهای تجربی، اولین مدل ساختاری سه بعدی پاراپینوپسین را با استفاده از روش های کامپیوتری ایجاد کردند.

دکتر تیل روداک توضیح می دهد: این مدل ساختاری در آینده ما را قادر می سازد تا فرضیه‌هایی را در مورد دینامیک مکانیسم‌های پیچیده مولکولی پاراپینوپسین با استفاده از شبیه ‌سازیهای زیست مولکولی تنظیم کنیم.

در طی این همکاری، محققان نشان دادند كه پاراپینوپسین مارماهی ژاپنی – که آنها را UV-Lamp نامگذاری کرده اند – می تواند برای روشن یا خاموش کردن یک مسیر خاص سیگنال دهی به پروتئین G با نور دارای طول موج های مختلف استفاده شود. دنیس آیکلبک می گوید: ما از لامپ‌های دارای اشعه فرا بنفش برای روشن کردن  و از طیف نوری طول موج آبی برای خاموش کردن استفاده می کنیم.

از آنجایی که دامنه طول موج مورد استفاده برای روشن کردن در طیف فرابنفش، بسیار گسترده است به لحاظ نظری، می توان از UV-Lamp همزمان با سایر ابزارهای اپتوژنتیکی استفاده کرد.

دنیس آیکلبک توضیح می دهد: به عنوان مثال، در یک آزمایش توانستیم یک مسیر سیگنال دهی را با استفاده از UV-Lamp با اشعه ماوراء بنفش و نور آبی کنترل کنیم و همزمان از یک ابزار نوری دیگر با نور سبز و قرمز برای یک مسیر سیگنال دهی دیگر استفاده کنیم.

کلاوس گرورت  پیش بینی می کند: در آینده، مدل سه بعدی ما را قادر می سازد تا وابستگی طول موج پاراپینوپسین را به منظور تطبیق پروتئین برای کاربردهای اپتوژنتیک آنالیز و مدیریت کنیم.

محققان همچنین به این واقعیت علاقمندند که این پروتئین به شدت به نور حساس است بنابر این، پالس های نوری بسیار کوتاه دارای شدت کم در دامنه میلی ثانیه برای کنترل مداوم مسیر سیگنال دهی مربوطه کافی هستند. به این ترتیب، اثرات مضر احتمالی تابش نور بر روی سلول ها کاهش می یابد.

مترجم :محسن حدادی

No tags for this post.