Die frühe Entstehung der ionenleitenden Pore in Channelrhodopsin‐2

Abstract

Kanalrhodopsine (Channelrhodopsins,C hRs) sind lichtgesteuerte Ionenkanäle,d ie zahlreiche Anwendungen in der Optogenetik finden. Sie ermçglichen die genaue Kontrolle neuronaler Aktivität durch Licht.H ier entwickeln wir auf der Basis zeitaufgelçster FTIR-Spektroskopie ein Modell für die frühe Bildung der ionenleitenden Pore auf molekularer Ebene. Die Photo-Isomerisierung des Retinal-Chromophors führt zu einer Abwärtsbewegung der hochkonservierten Aminosäure E90;dies çffnet die Pore.Moleküldynamik(MD-Simulationen zeigen das Eindringen von Wassermolekülen durch diese Öffnung in das hydrophobe Vestibül oberhalb der Pore.D adurch kippt Helix 2, und der Kanal çffnet sich vollständig innerhalb von Millisekunden. Da E90 in ChRs hochkonserviert ist, kçnnte das hier vorgestellte "E90-Helix2-tilt(EHT)-Modell" einen generellen Aktivierungsmechanismus darstellen. Es erçffnet einen neuen Ansatz für weitere mechanistische Studien sowied ie Mçglichkeit, den Kanal für spezifischeA nwendungen maßzuschneidern.