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Keywords:

  • Chemische Genetik;
  • Ionenkanäle;
  • Optogenetik;
  • Photoschalter;
  • Rezeptoren

Abstract

Transmembranrezeptoren ermöglichen die Kommunikation zwischen Zellen und ihrer Umgebung. Die Stimuli, die diese Rezeptoren aktivieren, treten in Form von Änderungen der Ligandenkonzentration (z. B. Hormone oder Neurotransmitter), der Temperatur, des Drucks (z. B. Schallwellen oder Berührungen), des Transmembranpotentials oder der Lichtintensität auf. Viele Transmembranrezeptoren sind heutzutage in atomarer Auflösung charakterisiert, und unser Verständnis ihrer funktionellen Eigenschaften hat sich in vergangenen Jahren deutlich verbessert. Infolgedessen können diese hochentwickelten molekularen Maschinen umprogrammiert und gegenüber unnatürlichen Reizen sensibilisiert werden. In diesem Aufsatz zeigen wir, wie spannungs- und ligandengesteuerte Ionenkanäle mit synthetischen Lichtschaltern ausgestattet werden können. Die daraus resultierenden künstlichen Lichtrezeptoren können genutzt werden, um neurale Aktivität mit einer außergewöhnlichen zeitlichen und räumlichen Präzision optisch zu kontrollieren. Sie sind bereits erfolgreich in lebenden Systemen eingesetzt worden und könnten in Zukunft bei der Wiederherstellung des Sehprozesses und der optischen Kontrolle anderer Sinneswahrnehmungen Anwendung finden. Die Kombination von synthetischen Photoschaltern und Rezeptorproteinen erweitert das Feld der Optogenetik. Darüber hinaus verleiht sie der chemischen Genetik eine neue Dimension, weswegen wir vorschlagen, diesen Forschungsansatz “optochemische Genetik” zu nennen.