Ampliando el conjunto de herramientas de optogenética mediante la inversión topológica de las rodopsinas

Área de la Ciencia:

• La neurociencia
• Biología molecular
• La biofísica

Sus antecedentes:

• La manipulación precisa de la actividad neuronal es crucial para comprender la función y el comportamiento del cerebro.
• La optogenética, que utiliza opsinas microbianas sensibles a la luz, ofrece una alta precisión temporal para la disección de circuitos.
• Las opsinas existentes tienen limitaciones en selectividad, cinética y propiedades espectrales, lo que requiere nuevas herramientas.

Objetivo del estudio:

• Introducir una nueva estrategia de ingeniería de proteínas llamada "ingeniería topológica" para el desarrollo de opsinas.
• Demostrar que la topología de membrana de opsin invertida puede producir variantes con propiedades funcionales únicas.
• Ampliar el conjunto de herramientas disponibles para la investigación en neurociencia de circuitos.

Principales métodos:

• Desarrolló un enfoque de "ingeniería topológica" que implica la inversión de opsinas dentro de la membrana plasmática.
• Creó y caracterizó nuevas variantes de opsin con topología de membrana alterada.
• Probó las propiedades funcionales de las opsinas diseñadas, incluyendo su actividad y cinética.

Principales resultados:

• Demostró que la ingeniería topológica puede producir variantes de opsin con características funcionales distintas.
• Se mostró un ejemplo específico en el que una variante de Channelrhodopsin, tras la inversión, se transformó de un activador a un inhibidor de acción rápida.
• Esta opsin invertida funciona como una bomba catiónica, ofreciendo un nuevo modo de inhibición neuronal.

Conclusiones:

• La topología de membrana representa una dimensión valiosa y ortogonal para la ingeniería de proteínas de las opsinas.
• La ingeniería topológica amplía significativamente la diversidad y la utilidad del conjunto de herramientas optogenéticas.
• Este enfoque puede potencialmente duplicar el número de opsinas disponibles para aplicaciones de neurociencia.