Inward H(+) pump xenorhodopsin: Mechanism and alternative optogenetic approach.
Inward H(+) pump xenorhodopsin: Mechanism and alternative optogenetic approach.
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DOI：
10.1126/sciadv.1603187
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发表时间：
2017-09
期刊：
影响因子：
13.6
通讯作者：
Gordeliy V
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Shevchenko V;Mager T;Kovalev K;Polovinkin V;Alekseev A;Juettner J;Chizhov I;Bamann C;Vavourakis C;Ghai R;Gushchin I;Borshchevskiy V;Rogachev A;Melnikov I;Popov A;Balandin T;Rodriguez-Valera F;Manstein DJ;Bueldt G;Bamberg E;Gordeliy V
表达一种新型视紫红质的神经元可以被光激活；下面是一个关于蛋白质结构和功能的完整故事。产生电化学质子梯度是细胞生物能量学的第一步。在原核生物中，这种梯度是由向外的膜蛋白质子泵产生的。内向质膜的天然质子泵尚不清楚。我们描述了微生物视紫红质的纳米嗜盐古菌家族中尚未确定的拟黑紫质的代表成分的功能研究。正如我们在模型膜系统、大肠杆菌细胞、人胚胎肾细胞、神经母细胞瘤细胞和大鼠海马神经细胞中所展示的那样，它们是内向质子泵。我们还解决了来自纳米盐类考古菌纳米盐藻(NsXeR)的一种异向视紫质的结构，并提出了一种内向质子泵浦的机制。我们证明NsXeR是一个强大的泵，它能够在大鼠海马神经细胞中诱发动作电位，直到其最大固有放电频率。因此，内向质子泵适合于光诱导的神经元远程控制，它们是众所周知的阳离子选择性通道视紫红质的替代品。
Neurons expressing a novel rhodopsin can be activated by light; a complete story of protein structure and function follows. Generation of an electrochemical proton gradient is the first step of cell bioenergetics. In prokaryotes, the gradient is created by outward membrane protein proton pumps. Inward plasma membrane native proton pumps are yet unknown. We describe comprehensive functional studies of the representatives of the yet noncharacterized xenorhodopsins from Nanohaloarchaea family of microbial rhodopsins. They are inward proton pumps as we demonstrate in model membrane systems, Escherichia coli cells, human embryonic kidney cells, neuroblastoma cells, and rat hippocampal neuronal cells. We also solved the structure of a xenorhodopsin from the nanohalosarchaeon Nanosalina (NsXeR) and suggest a mechanism of inward proton pumping. We demonstrate that the NsXeR is a powerful pump, which is able to elicit action potentials in rat hippocampal neuronal cells up to their maximal intrinsic firing frequency. Hence, inwardly directed proton pumps are suitable for light-induced remote control of neurons, and they are an alternative to the well-known cation-selective channelrhodopsins.
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影响因子：
62.1
作者：
Ernst, Oliver P.;Lodowski, David T.;Elstner, Marcus;Hegemann, Peter;Brown, Leonid S.;Kandori, Hideki
通讯作者：
Kandori, Hideki
DOI：
10.1107/s0907444904019158
发表时间：
2004-12-01
影响因子：
2.2
作者：
Emsley, P;Cowtan, K
通讯作者：
Cowtan, K
影响因子：
3.4
作者：
Chizhov, I;Chernavskii, DS;Hess, B
通讯作者：
Hess, B
DOI：
10.1073/pnas.77.1.323
发表时间：
1980-01-01
期刊：
PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA-BIOLOGICAL SCIENCES
影响因子：
--
作者：
HUANG, KS;BAYLEY, H;KHORANA, HG
通讯作者：
KHORANA, HG
影响因子：
1
作者：
Kuzmich, A. I.;Vvedenskii, A. V.;Vinogradova, T. V.
通讯作者：
Vinogradova, T. V.