Science首次发现光控阴离子通道

　　

——科学家们首次在藻类中发现光控负离子通道，这些通道传送速度极快

生物通报道：亿万年前，当一个真核细胞捕获了一种红藻后，Guillardia theta海藻就形成了。近期一组研究人员在这种藻类中发现了首个光控负离子通道：Anion Channel Rhodopsins，并利用这种通道介导神经元沉默，相比于目前已有的最高效光遗传蛋白，这种新方法只需其千分之一的光强度，而且速度更快。这一研究成果公布在Science杂志上。

光敏感通道（channelrhodopsins，ChRs）是一种受光脉冲控制的具有7次跨膜结构的非选择性阳离子通道蛋白，自1991年从莱茵衣藻中发现后被许多实验室所关注，由于这一通道可以快速形成光电流，使细胞发生去极化反应的电生理特性，因此已被广泛应用于神经系统的研究。

但是目前发现的50多种藻类ChRs只传递引发动作电位的阳离子，只有来自远古物种和工程藻类中的 ChR可以运输阴离子，“（ChRs）能相当有效的激活神经元，但神经抑制方面，却缺乏有效的工具，”来自德州大学医学院的分子生物学家John Spudich说。

为了寻找多样化ChR，Spudich和他的同事做了多方努力，结果找到了cryptophyte藻类：Guillardia theta，他们分析了Guillardia theta的基因组，克隆了其中组装ChR的三个基因。之后他们又在人胚肾细胞表达了两个基因，“我们第一次看到这种不同寻常的大电流。”Spudich说。

研究人员发现，这些通道其实是天然存在的阴离子转运通道，当将它们在大鼠神经元表达到时候，就会比人工工程制作的阴离子通道敏感1000倍。

研究人员就将这种通道称为阴离子通道视紫红质（Anion Channel Rhodopsins,ACRs），ACRs来源于绿藻的、光控的阴离子通道家族，可使得膜进行高灵敏的、高效的超极化，并可通过其光控氯传到介导神经元沉默。ARCs严格地传导阴离子，完全排除质子及更大的阳离子，将培养的动物细胞膜进行快速超极化。

与目前已有的最高效的光遗传蛋白，这种新方法只需其千分之一的光强度，而且速度更快。

“只有在自然界中才能发现这些神奇的工具，”来自美国韦恩州立大学的Zhuo-Hua Pan说，他也开始尝试利用这种通道进行实验了。

目前Spudich还在Guillardia theta中不停寻找，他计划找到更多阴离子通道用于光遗传学，“还有许多隐芽生物值得研究。”

（生物通：万纹）

原文检索：

E.G. Govorunova et al., “Natural light-gated anion channels: A family of microbial rhodopsins for advanced optogenetics,” Science, doi:10.1126/science.aaa7484, 2015.