研究人员开发出一种设计光敏蛋白的新策略 制造光活化蛋白质
波鸿鲁尔大学(RUB)的研究人员开发了一种设计光敏蛋白的新策略。这种蛋白质，也称为光遗传学工具，可以通过光脉冲打开和关闭，从而触发特定的细胞过程。例如，它们可用于分析和控制神经细胞如何传递信号。到目前为止，开发光遗传学工具的研究人员几乎不得不求助于反复试验。计算机辅助和实验方法的结合现在为更有针对性的方法铺平了道路。
由明斯特的一位同事合作，由RUB的一般动物学和神经生物学系Stefan Herlitze教授和RUB生物物理系Klaus Gerwert教授领导的团队在“Chembiochem”杂志上发表了一篇关于该方法的文章。它是2019年7月15日版本封面故事的特色。
用不同颜色的光打开和关闭蛋白质
光遗传学工具的一个例子是蛋白质黑视蛋白。它可以通过两种不同颜色的光信号打开和关闭。“通常，不仅需要一种光遗传工具，例如，如果必须在一个细胞中彼此独立地控制两个不同的过程，”动物学和神经生物学系的Raziye Karapinar解释道。“因此，我们必须确保两种工具的颜色信号不重叠，”波鸿生物物理学家Till Rudack博士补充道。
Klaus Gerwert和Stefan Herlitze的研究团队已经开发出一种针对黑视蛋白和其他光遗传学工具的靶向蛋白质工程的混合策略。为此，研究人员将计算机辅助计算方法与电生理测量结合起来。
计算机模拟确定激活光的颜色
使用量子化学计算机模拟，他们计算了激活蛋白质所需的特定光色。因此，他们确定了单个蛋白质构建块如何生长。单个蛋白质构建块的交换会影响浅色。计算机模拟生成了一系列蛋白质变体，这些变体有资格作为潜在的光遗传学工具。随后，研究人员使用电生理学测量来分析有希望的候选者的光遗传潜力。这包括光敏感度，即打开和关闭蛋白质需要多少光，以及在激活开关后实现或终止机制的速度和选择性。良好的光遗传工具可以在低光强度下快速连续地开启和关闭。
使用经过充分研究的光遗传学工具进行验证
使用经过充分研究的光遗传学工具Channelrhodopsin-2，该团队验证了新的混合策略。对于这种蛋白质，研究人员使用计算机模拟来验证蛋白质构建块的交换如何影响活化光的颜色。预后与实验中测量的值相对应。生物物理学家Stefan Tennigkeit博士说：“这一匹配显示了我们的策略是多么可靠，并且它也验证了我们对蛋白质的应用，例如黑视素。”
新的melanopsin变种
通过他们的策略，该小组在黑视蛋白中交换了特定的蛋白质构建块，从而操纵浅色以进行分子活化，而不会损害蛋白质功能。激活通常的黑视蛋白版本的浅色与许多其他光遗传学工具的浅色重叠 - 这就是它们不能组合使用的原因。“我相信，将来可以将这种新的melanopsin变体与其他光遗传学工具相结合，以控制复杂的细胞过程，”Stefan Herlitze说。
“与基于反复试验的传统蛋白质工程方法不同，我们的方法可以节省大量时间，这要归功于可以在多台计算机上同时计算的自动化计算机辅助预测，”Klaus Gerwert总结道。
上一篇：江苏省地震局研发出地震事件类型自动识别软件
下一篇：EPIC：基于洗脱曲线的蛋白质复合物推断的软件工