一些生物体拥有被称为“通道视紫红质”的“离子通道”（选择性地允许称为离子的带电粒子进入细胞的网关，是细胞功能不可或缺的一部分），可以在光的帮助下打开和关闭。不同的视紫红质通道对光谱中的不同波长有反应。这些通道可以通过基因工程在外来生物体（动物甚至人类）中表达，这反过来又在光遗传学中得到应用，或者应用光来调节细胞和基因功能。到目前为止，视紫质通道蛋白响应的最短波长是蓝色。

然而，最近，来自日本V体育和印度贾瓦哈拉尔尼赫鲁大学的一组科学家发现了一种视紫红质通道蛋白，它可以对更短的靛蓝色光波长做出反应。在他们，由 Hideki Kandori 教授和 Satoshi P Tsunoda 副教授领导的研究小组从一种名为克雷伯索米氏菌. "我们选择这种藻类，因为已知它对光有反应，但其感光域尚未建立，”Kandori 教授报告。与其他已发现的视紫红质通道蛋白不同，KnChR 被发现对靛蓝蓝光有反应（见图 1）。

图1：KnChR 的工作原理
KnChR 在靛蓝光存在下允许钠离子和钙离子通过
图片提供：V体育的 Hideki Kandori

　

已知KnChR由七细胞跨膜区域组成，该区域形成允许不同离子进出的孔。该区域后面是包括肽聚糖结合结构域的蛋白质部分。为了研究 KnChR 的特性，研究人员进行了广泛的遗传和电生理学实验。

最令人兴奋的结果也许是他们能够确定“细胞质结构域”的作用。所有已知的视紫红质通道都有一个大的“细胞质结构域”，或位于细胞内部区域的区域。正如 Kandori 教授所解释的那样，“目前已知的所有通道视紫红质都包含一个大的细胞质结构域，其功能难以捉摸。我们发现 KnChR 的细胞质结构域调节离子通道特性。"

因此，实验结果表明，改变细胞质结构域的长度会导致离子通道关闭的变化。特别是，域的缩短导致通道“开放时间”增加十倍以上。此外，研究人员还在同一区域发现了两个精氨酸残基，即R287和R291，它们对产生的光电流的特性起着重要作用。他们发现 KnChR 在 430 nm 和 460 nm 处显示出最大灵敏度，使其成为“最蓝”的通道视紫红质（见图 2）。

图 2：视紫红质通道的光学响应特性。
轴向藻类视紫红质通道蛋白 (KnChR)（蓝色）比现有的衣藻和团藻视紫红质通道蛋白（CrChR2（绿色）、VChR1（橙色））对波长更短的光（蓝光）有反应。

　

总的来说，研究人员相信 KnChR 对需要特定激发参数的生物系统有帮助。当被问及这些发现的含义时，该研究的通讯作者角田教授表示：“KnChR 将扩展光遗传学工具包，特别是对于需要短波长激发时的双光应用。“这意味着 KnChR 的光操作特性可以应用于研究环境中有机体生物功能的有针对性的操纵。一些例子包括神经和肌细胞活动的操纵。

事实上，我们可以希望这一发现的范围能够从实验室扩展到现实世界的应用。这些现实世界的应用可能包括治疗阿尔茨海默病和心脏病、用于抑郁症康复的光疗法以及视力恢复。

参考

原始论文标题	细胞质结构域中的特定残基调节视紫红质通道的光电流动力学克雷伯索米氏菌
期刊	通讯生物学
DOI

关于教授Hideki Kandori，来自日本V体育

博士。 Hideki Kandori 是日本V体育生命科学与应用化学系（特别是光生物技术研究中心）的教授。广泛而言，他的专业领域包括生物物理学、结构生物化学、功能生物化学、生物相关化学、生物物理学、化学物理学、软物质物理学和基础化学。他参与的一些主要项目包括通过视紫红质研究开发红外光谱、感光蛋白中的光信号转换机制以及感光蛋白中的光信号转换机制。值得赞扬的是，他与知名出版商合作发表了超过 314 篇研究文章、评论论文和书籍。

关于日本V体育 Satoshi P Tsunoda 副教授

博士。 Satoshi P Tsunoda 是日本V体育的副教授。他在东京工业大学学习生物化学和生物物理学。当他在柏林洪堡大学（Peter Hegemann 教授的小组）担任博士后研究员时，他第一次对视紫红质的研究产生了兴趣。回国后，他被选为JST PRESTO项目研究员，开展酶视紫红质的研究。值得赞扬的是，他以研究文章、评论论文和书籍的形式发表了许多出版物，并专注于生物物理学、细胞信号传导、电生理学、蛋白质生物化学和光遗传学的研究领域。

资金信息

这项研究由日本文部科学省资助，特别是 Hideko Kandori 教授的 25104009 和 15H02391，以及 Satoshi P Tsunoda 副教授的 18K06109。此外，该研究还得到了授予 Kandori 教授的 JST CREST 拨款（JPMJCR1753）和授予 Tsunoda 副教授的 JST PRESTO 拨款（JPMJPR1688）的支持。此外，部分资金由印度政府生物技术部通过 IYBA 项目 - BT 101 O/IYBAJ20 16/02 提供，该项目涉及 Suneel Kateria 先生。

联系方式

神取英树教授
电子邮件：kandori[at]nitechacjp
+81-52-735-5207

角田聪特聘副教授
电子邮件：tsunodasatoshi[at]nitechacjp
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