Structure-guided transformation of channelrhodopsin into a light-activated chloride channel.
Structure-guided transformation of channelrhodopsin into a light-activated chloride channel.
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DOI：
10.1126/science.1252367
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发表时间：
2014-04-25
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Deisseroth K
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Berndt A;Lee SY;Ramakrishnan C;Deisseroth K
使用光来沉默靶细胞中的电活动是光遗传学的主要目标。直接移动离子以实现沉默的可用光遗传学蛋白是低效的，每个光子仅泵送单个离子穿过细胞膜，而不是允许每个光子许多离子流过通道孔。基于高分辨率晶体结构分析、孔前庭建模和结构引导的蛋白质工程，我们设计并表征了一类转化为氯离子传导阴离子通道的通道视紫红质（最初是阳离子传导的）。这些工具能够实现动作电位的快速光学抑制，并且可以被设计为显示阶跃函数动力学，以实现稳定的抑制、超过光脉冲的持续时间以及被抑制细胞的更大数量级的光敏感性。由此产生的蛋白质家族定义了一种更生理、有效和灵敏的光遗传学抑制的方法。
Using light to silence electrical activity in targeted cells is a major goal of optogenetics. Available optogenetic proteins that directly move ions to achieve silencing are inefficient, pumping only a single ion per photon across the cell membrane rather than allowing many ions per photon to flow through a channel pore. Building on high-resolution crystal-structure analysis, pore vestibule modeling, and structure-guided protein engineering, we designed and characterized a class of channelrhodopsins (originally cation-conducting) converted into chloride-conducting anion channels. These tools enable fast optical inhibition of action potentials and can be engineered to display step-function kinetics for stable inhibition, outlasting light pulses and for orders-of-magnitude-greater light sensitivity of inhibited cells. The resulting family of proteins defines an approach to more physiological, efficient, and sensitive optogenetic inhibition.
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