잠재력을 조절하는 인공 커미션 슬롯 생성

2015 년 2 월 25 일

<ceniory> 우리 몸은 전기에 의해 통제됩니다. 예를 들어, 행동, 감정 및 기억을 제어하는 ​​두개골 신경 활동은 전기의 흐름 (잠재력)에 의해 제어되며 전기는 인간을 포함한 모든 생명 활동의 근본이라고 할 수 있습니다. (그림 1의 오른쪽) 신체의 잠재력을 제어하는 ​​커미션 슬롯을 이온 수송 체라고하며, 모든 생명체에는 농도 구배 (이온 펌프)에 대한 이온을 운반하는 커미션 슬롯이 있으며 농도 구배 (이온 채널)에 따라 이온을 운반하는 커미션 슬롯이 있습니다. 간단히 말해서, 펌프는 물을 댐으로 펌핑하고 채널은 그것을 펌핑하는 것에 해당합니다 (그림 1 왼쪽). 지금까지는 인위적으로 이온 수송 커미션 슬롯을 생성하지 못했습니다.

그림 1 : 신체 (왼쪽)와 두개골 신경 활동 (오른쪽)의 전기 흐름을 제어하는 ​​2 개의 막 커미션 슬롯 (펌프, 채널)

<연구 방법 및 결과> 많은 유기체에는 가벼운 작용 이온 펌프 및 이온 채널의 기능이있는 망막 커미션 슬롯이 있습니다.*2존재한다 (그림 2a). 이 연구 그룹은 망막 커미션 슬롯의 펌프 및 채널의 구조를 비교하고 광 발색단을 흡수합니다*3부품의 주요 차이점에 중점을 두었습니다 (그림 2b). 이온 펌프의 3 개의 아미노산 잔기는 두 기능의 발색단 구조와 일치합니다.*4에 도입되었습니다. 도입 된 인공 분자가 대장균 및 Xenopus 난 모세포 (OCYTS)에서 발현 될 때, 두 실험은 막 내부와 외부의 전위차에 따라 수소 이온 (양성자)의 전이를 관찰하고 ION 펌프에서 이온 채널을 성공적으로 생성 하였다 (도 3). 또한 생성 된 인공 분자의 구조적 및 분광 특징을 조사 할 때 최대 흡수 파장이 자연광 구동 이온 채널의 것과 유사하다는 것을 발견했습니다.*5, Photoreaction 사이클*6, 하전 된 잔기의 특성이 표시되었으며, 기능뿐만 아니라 다양한 특성이 채널 유형으로 변환된다는 것이 확인되었다. 따라서,이 연구 그룹은 세계 최초의 광선 구동 이온 채널을 만들어 냈으며, 이는 달성하기 어려운 것으로 간주되어 펌프와 채널의 차이가 발색단의 약간의 구조적 차이에 의해 제어된다는 것을 보여줍니다 (그림 4).

그림 2 : 이온 펌프 (자주색) 및 이온 채널 (옐로우) (a) 다양한 유기체에 분포되어 있습니다. 이온 펌프의 구조 비교 (보라색)-이온 채널 (오렌지) (b)

<예비 효과>
최근 몇 년 동안, 미국에서 국가 프로젝트는 망막 커미션 커미션 슬롯 (Optogenetics : Optogenetics)을 사용하여 빛을 사용하여 신경망의 전체 범위를 설명하기 위해 진행되었습니다. 이 연구에서 생성 된 분자는 이전에 ON 또는 OFF의 개별 제어로 제한되어 동시에 ON/OFF 대조군으로 제한되었던 광 신기 동물 활동의 제어를 가능하게 할 것이다. 또한,이 분자는 유전자 및 커미션 커미션 슬롯 공학의 적용에 탁월한 대장균에서 대량으로 제조 될 수 있기 때문에, 이전에 어려운 개선 및 변형이 단순화되어 새로운 기능 분자의 생성을위한 기본 분자가 될 것으로 예상된다.
이온 펌프 및 이온 채널을 함유하는 막 커미션 슬롯은 약물 발견의 매우 중요한 목표이며 약물의 약 70%가 표적화되어 있습니다. 이 연구의 결과를 사용하여 기능적 전환을 통해 막 커미션 슬롯의 기능을 억제하고 촉진함으로써, 이는 우울증 및 신약의 발달과 같은 신경계 질환에 적용 할 것이다.

<원래 종이 정보>
Keiichi Inoue, Takashi Tsukamoto, Kazumi Shimono, Yuto Suzuki, Seiji Miyauchi, Shigehiko Hayashi, Hideki Kandori & *Yuki Sudo.
“조명 구동 양성자 펌프를 가벼운 게이트 양성자 채널로 변환”
미국 화학 학회지 저널(2015) doi : 10.1021/ja511788

이 연구 결과는 교육 문화, 스포츠, 과학 기술 과학 기술 보조금 (Young Research A, New Academic Field Research), 일본 과학 기술 기관 등의 지원과 함께 제공되었습니다.

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<추가 정보>
*1ION 채널
세포막에 존재하는 막 커미션 슬롯의 유형. 세포 내부와 외부의 이온 농도를 제어함으로써, 항상성을 유지하는 것이 중요하며, 또한 작용 전위의 생성을위한 두개골 신경계에서 중요한 커미션 슬롯이다.
*2망막 커미션 슬롯
망막을 운반하는 7 개의 막 횡단 커미션 슬롯, 알데히드 유형의 비타민 A에 대한 일반적인 용어. 그것은 인간에서 미생물에 이르기까지 광범위한 유기체에 의해 소유되는 광 수용체 커미션 슬롯입니다.
*3Chroma
빛 흡수 커미션 슬롯 내부에는 빛을 흡수하는 분자가 있습니다. 이 광 흡수 분자를 발색단이라고합니다. 망막 커미션 슬롯의 경우, 망막이 해당합니다.
*4아미노산 잔류 물
커미션 슬롯을 구성하는 생체 분자. 대략 20 가지 유형의 아미노산 잔기가 선형 사슬에 연결되어 커미션 슬롯 분자를 초래합니다.
*5최대 흡수 파장
광 수용체 커미션 슬롯이 가장 잘 흡수하는 파장을 나타냅니다. 이 파장에 따라 색상은 빨간색, 주황색, 노란색, 녹색, 파란색, 인디고 및 보라색과 같은 7 가지 색상으로 표현됩니다.
*6Photoreaction Cycle
빛을받은 후, 광 수용체 커미션 슬롯은 다양한 중간체를 통해 그 흐름으로 돌아갑니다. 이 특성을 광 반응주기 (광 세기)라고합니다.

<연락처>
커미션 슬롯 대학원 의과 대학원, 치과 및 제약 과학 (의학)
Sudo Yuki 교수
전화 : 086-251-7945

나고야 기술 연구소 공학 대학원
Inoue Keiichi 조교수