Фотоактивуюча аденілітциклаза

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Структура фотоактивуючої аденілілциклази OaPAC, що утворює гомодимер. FMN: флавіновий мононуклеотид, пігмент, що поглинає світло. [1]

Фотоактивуюча аденілілциклаза (ФАЦ) — це білок, що складається з домену ферменту аденілілциклази, безпосередньо пов’язаного з доменом датчика світла типу BLUF (рецептор синього світла з використанням FAD). При освітленні синім світлом ферментний домен стає активним і перетворює АТФ на цАМФ, важливий вторинний мессенджер у багатьох клітинах.

В одноклітинних джгутикових Euglena gracilis ФАЦα і ФАЦβ (euPACs) служать фоторецепторним комплексом, який сприймає світло для фотофобних реакцій і фототаксису. [2] Невеликі, але потужні ФАЦ були ідентифіковані в геномі бактерій Beggiatoa (bPAC) і Oscillatoria acuminata (OaPAC). [1][3]

Хоча природний bФАЦ має деяку ферментативну активність за відсутності світла, були створені варіанти без темнової активності (PACmn). [4]

Використання ФАЦ як оптогенетичних засобів[ред. | ред. код]

Оскільки ФАЦ складаються з датчика світла та ферменту в одному білку, вони можуть експресуватися в інших видах і типах клітин для маніпулювання рівнями цАМФ за допомогою світла.

Коли bФАЦ експресується в спермі миші, синє освітлення прискорює плавання трансгенних сперматозоїдів і сприяє заплідненню. [5]

При експресії в нейронах освітлення змінює схему розгалуження зростаючих аксонів. [6] ФАЦ використовувався на мишах для уточнення функції нейронів у гіпоталамусі, які використовують передачу сигналів цАМФ для контролю шлюбної поведінки. [7] Експресія ФАЦ разом із K+-специфічними циклічними нуклеотидами-керованими іонними каналами (CNG) використовувалася для гіперполяризації нейронів при дуже низьких рівнях освітлення, що перешкоджає їх запуску потенціалів дії. [8][9]

Інші циклази, що активуються світлом[ред. | ред. код]

Фотоактивуючі гуанілілциклази були виявлені у водних грибах Blastocladiella emersonii [10][11] і Catenaria anguillulae. [12] На відміну від ФАЦ, ці циклази, що активуються світлом, використовують ретиналь як датчик світла і, отже, є родопсингуанілілциклазами (RhGC). При експресії в ооцитах Xenopus або нейронах ссавців RhGC генерують цГМФ у відповідь на зелене світло. [12] Тому вони вважаються корисними оптогенетичними інструментами для дослідження передачі сигналів cGMP . [13]

Див. також[ред. | ред. код]

Примітки[ред. | ред. код]

  1. ↑ а б Ohki, Mio; Sugiyama, Kanako; Kawai, Fumihiro; Tanaka, Hitomi; Nihei, Yuuki; Unzai, Satoru; Takebe, Masumi; Matsunaga, Shigeru; Adachi, Shin-ichi (31 травня 2016). Structural insight into photoactivation of an adenylate cyclase from a photosynthetic cyanobacterium. Proceedings of the National Academy of Sciences. 113 (24): 6659—6664. Bibcode:2016PNAS..113.6659O. doi:10.1073/pnas.1517520113. ISSN 0027-8424. PMC 4914150. PMID 27247413.
  2. ↑ Iseki, Mineo; Matsunaga, Shigeru; Murakami, Akio; Ohno, Kaoru; Shiga, Kiyoshi; Yoshida, Kazuichi; Sugai, Michizo; Takahashi, Tetsuo; Hori, Terumitsu (28 лютого 2002). A blue-light-activated adenylyl cyclase mediates photoavoidance in Euglena gracilis. Nature (англ.). 415 (6875): 1047—1051. Bibcode:2002Natur.415.1047I. doi:10.1038/4151047a. ISSN 1476-4687. PMID 11875575.
  3. ↑ Stierl, Manuela; Stumpf, Patrick; Udwari, Daniel; Gueta, Ronnie; Hagedorn, Rolf; Losi, Aba; Gärtner, Wolfgang; Petereit, Linda; Efetova, Marina (14 січня 2011). Light Modulation of Cellular cAMP by a Small Bacterial Photoactivated Adenylyl Cyclase, bPAC, of the Soil Bacterium Beggiatoa. Journal of Biological Chemistry (англ.). 286 (2): 1181—1188. doi:10.1074/jbc.M110.185496. ISSN 0021-9258. PMC 3020725. PMID 21030594.
  4. ↑ Yang, Shang; Constantin, Oana M.; Sachidanandan, Divya; Hofmann, Hannes; Kunz, Tobias C.; Kozjak-Pavlovic, Vera; Oertner, Thomas G.; Nagel, Georg; Kittel, Robert J. (18 жовтня 2021). PACmn for improved optogenetic control of intracellular cAMP. BMC Biology. 19 (1): 227. doi:10.1186/s12915-021-01151-9. ISSN 1741-7007. PMC 8522238. PMID 34663304.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  5. ↑ Jansen, Vera; Alvarez, Luis; Balbach, Melanie; Strünker, Timo; Hegemann, Peter; Kaupp, U Benjamin; Wachten, Dagmar (20 січня 2015). Controlling fertilization and cAMP signaling in sperm by optogenetics. eLife (англ.). 4: e05161. doi:10.7554/eLife.05161. ISSN 2050-084X. PMC 4298566. PMID 25601414.{{cite journal}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  6. ↑ Zhou, Zhiwen; Tanaka, Kenji F.; Matsunaga, Shigeru; Iseki, Mineo; Watanabe, Masakatsu; Matsuki, Norio; Ikegaya, Yuji; Koyama, Ryuta (22 січня 2016). Photoactivated adenylyl cyclase (PAC) reveals novel mechanisms underlying cAMP-dependent axonal morphogenesis. Scientific Reports. 6 (1): 19679. Bibcode:2016NatSR...519679Z. doi:10.1038/srep19679. ISSN 2045-2322. PMC 4726437. PMID 26795422.
  7. ↑ Zhang, Stephen X.; Lutas, Andrew; Yang, Shang; Diaz, Adriana; Fluhr, Hugo; Nagel, Georg; Gao, Shiqiang; Andermann, Mark L. (9 вересня 2021). Hypothalamic dopamine neurons motivate mating through persistent cAMP signalling. Nature (англ.). 597 (7875): 245—249. Bibcode:2021Natur.597..245Z. doi:10.1038/s41586-021-03845-0. ISSN 0028-0836. PMC 8884112. PMID 34433964.
  8. ↑ Beck, Sebastian; Yu-Strzelczyk, Jing; Pauls, Dennis; Constantin, Oana M.; Gee, Christine E.; Ehmann, Nadine; Kittel, Robert J.; Nagel, Georg; Gao, Shiqiang (2 жовтня 2018). Synthetic Light-Activated Ion Channels for Optogenetic Activation and Inhibition. Frontiers in Neuroscience. 12: 643. doi:10.3389/fnins.2018.00643. ISSN 1662-453X. PMC 6176052. PMID 30333716.
  9. ↑ Bernal Sierra, Yinth Andrea; Rost, Benjamin R.; Pofahl, Martin; Fernandes, António Miguel; Kopton, Ramona A.; Moser, Sylvain; Holtkamp, Dominik; Masala, Nicola; Beed, Prateep (2018). Potassium channel-based optogenetic silencing. Nature Communications (англ.). 9 (1): 4611. Bibcode:2018NatCo...9.4611B. doi:10.1038/s41467-018-07038-8. ISSN 2041-1723. PMC 6218482. PMID 30397200.
  10. ↑ Scheib, Ulrike; Stehfest, Katja; Gee, Christine E.; Körschen, Heinz G.; Fudim, Roman; Oertner, Thomas G.; Hegemann, Peter (11 серпня 2015). The rhodopsin–guanylyl cyclase of the aquatic fungus Blastocladiella emersonii enables fast optical control of cGMP signaling. Science Signaling (англ.). 8 (389): rs8. doi:10.1126/scisignal.aab0611. ISSN 1945-0877. PMID 26268609.
  11. ↑ Avelar, Gabriela M; Schumacher, Robert I; Zaini, Paulo A; Leonard, Guy; Richards, Thomas A; Gomes, Suely L (2014). A Rhodopsin-Guanylyl Cyclase Gene Fusion Functions in Visual Perception in a Fungus. Current Biology (англ.). 24 (11): 1234—1240. doi:10.1016/j.cub.2014.04.009. PMC 4046227. PMID 24835457.
  12. ↑ а б Scheib, Ulrike; Broser, Matthias; Constantin, Oana M.; Yang, Shang; Gao, Shiqiang; Mukherjee, Shatanik; Stehfest, Katja; Nagel, Georg; Gee, Christine E. (2018). Rhodopsin-cyclases for photocontrol of cGMP/cAMP and 2.3 Å structure of the adenylyl cyclase domain. Nature Communications (англ.). 9 (1): 2046. Bibcode:2018NatCo...9.2046S. doi:10.1038/s41467-018-04428-w. ISSN 2041-1723. PMC 5967339. PMID 29799525.
  13. ↑ Rost, Benjamin R.; Schneider-Warme, Franziska; Schmitz, Dietmar; Hegemann, Peter (2017). Optogenetic Tools for Subcellular Applications in Neuroscience. Neuron (англ.). 96 (3): 572—603. doi:10.1016/j.neuron.2017.09.047. PMID 29096074.
Отримано з https://uk.wikipedia.org/w/index.php?title=Фотоактивуюча_аденілітциклаза&oldid=38699851