Wie das Licht löst die Aktivität des Gehirns
Die optogenetik nutzt Licht zur Steuerung Prozesse im Gehirn. Es basiert auf Licht-gesteuerte Proteine wie channelrhodopsin-2, einem Ionen-Kanal, der geöffnet wird, wenn es dem Licht ausgesetzt, damit die Aktivierung zellulärer Prozesse. In Zusammenarbeit mit Kollegen von der Humboldt-Universität zu Berlin, die Forscher von der Ruhr-Universität Bochum (RUB) haben jetzt Aufschluss über seine Wirkungsweise. Das team unter der Leitung von Professor Klaus Gerwert und Professor Peter Hegemann hat Ihren Bericht veröffentlicht in PNAS am April 19, 2019.
Ein enormes therapeutisches potential
Die Forscher betrachten die optogenetik haben ein enormes therapeutisches Potenzial. „Es ist denkbar, dass Licht könnte verwendet werden, um blinden Menschen zu sehen oder zu behandeln aufgeregt, Lähmung Parkinson-Patienten“, erklärt Klaus Gerwert.
Entdeckt von Peter Hegemann, channelrhodopsin-2 ist das zentrale lichtaktivierbare in der optogenetik. Wenn dieser Ionen-Kanal angewendet wird, um Nervenzellen, die Kanäle, die geöffnet werden kann, durch Licht, also die Aktivierung der Zelle.
In der Vergangenheit, Wissenschaftler konnten nicht erklären, wie der Kanal aktiviert wird. „Aber es ist genau das Verständnis der molekularen Reaktionen in dem protein und der Ionischen Leitfähigkeit daraus, die wesentlich für die Optimierung des proteins für seine potenziellen Anwendungen“, sagt Gerwert.
Zwei parallele Pfade
Mit Vereinten Kräften, das Forscher aus Bochum und Berlin haben herausgefunden, wie der Kanal aktiviert wird, im detail. Durch Kombination der zeitaufgelösten Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie, biomolekulare Simulationen und elektrophysiologischen Experimenten zeigten Sie, dass photoanregung löst zwei verschiedene Strukturen—und nicht, wie bisher angenommen, nur eine. Einer von Ihnen Ergebnisse in die entsprechenden channel-Aktivierung, die verwendet wird, in der optogenetik. Die parallel-Pfad lediglich eine schwache proton-stream; jedoch, je länger die Expositionszeit, desto mehr gewinnt er die Oberhand und unterdrückt die erforderlichen Kanal-Aktivierung. Dementsprechend werden die optogenetische Werkzeug schnell beginnt, seine Wirksamkeit zu verlieren. „Wenn wir blockieren die unerwünschte parallelen Pfad durch die Implementierung von spezifischen protein-design, konnten wir optimieren die optogenetische Werkzeug erheblich“, schließt Gerwert.
