Channelrhodopsin-2 موجب تحول اپتوژنتیک شده‌است
پیتر هگمن کشف کرد که Channelrhodopsin-2 پروتئین کانالی اصلی در اپتوژنتیک است که توسط نور فعال می‌شود. اگر این کانال یونی به سلولها متصل شود، کانالها توسط نور باز می‌شوند و بهمین ترتیب سلول را فعال می‌کنند. کلاس گرورت اذعان دارد: “استفاده از Channelrhodopsin-2 در اپتوژنتیک باعث انقلابی در زیست- عصب شناسی در سالهای اخیر شده‌است.”
نشریه Nature Methods درسال ۲۰۱۰، این رویکرد را بعنوان رویکرد برتر سال معرفی کرد. گرورت ادامه می‌دهد: “با این حال دانشمندان تاکنون قادر به کسب آگاهی از اتفاقات درون یک پروتئین و و عامل فعالسازی آن نبوده‌اند. ولی با این روش می‌توان به درکی در مورد فرآیندهای مربوط در سطح اتمی که برای بهینه‌سازی پروتئین ضروری هستند، دست یافت.”
مدل “EHT” نحوه عملکرد Channelrhodopsin-2 را بیان می‌کند
با اسپکتروسکوپی ویبره‌ای و شبیه‌سازی زیست مولکولی که در طی زمان پیشرفت کرده‌اند، تیم تحقیق اکنون موفق به رفع خلا آگاهی در مورد این پروتئین شده‌است. مدل EHT (E90-Helix2-tilt) نحوه عملکرد Channelrhodopsin-2 را بدین شرح زیر بیان می‌کند: پروتئینهای حساس به نور ،مانند پروتئینهای شبکیه، با قرار گرفتن در معرض نور، پیچ و تاب می‌خورد. این پیچ خوردن ادامه می‌یابد و با سرعت، یک منفذ در پروتئین باز می‌کند که توسط آمینواسید E90 در تاریکی بسته می‌شود. E90 باریکترین منطقه منفذ را می‌بندد و با یک حرکت عقبگرد آن را باز می‌کند به مانند حرکت در الاکلنگی. به همین دلیل آب می‌تواند وارد محفظه‌ای خالی در بالای باریکترین قسمت منفذ شود. سپس آب ورودی باعث کج شدن پیچ و تاپ پروتئینی H۲ می‌شود؛ که در نهایت باعث ایجاد یک کانال یونی باز با قابلیت عبور یونها می‌شود. زمانیکه دانشمندان مرکز تحقیقاتی بوخوم این مدل را مطرح کردند، از یافته‌های جامع خود که در پی یافتن مکانیسم عملکرد پمپ پروتونی bacteriorhodopsin بدست آورده بودند، بهره بردند.
“مهندسی پروتئین”: پیشگام ابزارهای جدید اپتوژنتیک
گرورت شرح می‌دهد: “با این مدل ساختاری، گام بعدی مانند مهندسی پروتئین ممکن خواهد شد.”
با ایجاد جهش در آمینواسید E90، ویژگیهای پروتئین می‌توانند بصورت هدفمند کنترل شوند. هدایت یا انتخابی بودن یونهای خاص می‌توانند بمنظور کاربردهای خاص شخصی‌سازی شوند، و پروتئین می‌تواند با طول موجهای متفاوتی فعال شود.
