Ретиналь-содержащая анионная помпа из цианобактерии Tolypothrix campylonemoides

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В данной работе получена функциональная характеристика родопсина TcaR из цианобактерии Tolypothrix campylonemoides. Анализ аминокислотной последовательности TcaR выявил, что этот белок обладает мотивом TSD, который отличается лишь одной аминокислотой от мотива известной хлорной помпы галородопсина TSA. Белок TcaR был экспрессирован в Escherichia coli, очищен и реконструирован в протеолипосомы и нанодиски. Функциональная активность измерялась по генерации электрического тока через плоские бислойные липидные мембраны с адсорбированными на одной поверхности мембраны протеолипосомами, а также по флуоресценции с использованием потенциал-зависимого красителя оксонола VI. Мы показали, что родопсин TcaR функционирует как мощная анионная помпа. Наши результаты показывают, что новый микробный анионный транспортер TcaR заслуживает более глубокого изучения и может быть интересен как для фундаментальных исследований мембранных белков, так и в качестве инструмента для оптогенетики.

Об авторах

Т. И Рокицкая

НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: rokitskaya@belozersky.msu.ru
119991 Москва, Россия

А. А Алексеев

Московский физико-технический институт

141701 Долгопрудный, Московская обл., Россия

Ф. М Цыбров

Московский физико-технический институт

141701 Долгопрудный, Московская обл., Россия

С. М Бухалович

Московский физико-технический институт

141701 Долгопрудный, Московская обл., Россия

Ю. Н Антоненко

НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

Email: antonen@belozersky.msu.ru
119991 Москва, Россия

В. И Горделий

Institut de Biologie Structurale (IBS), Universit� Grenoble Alpes, CEA, CNRS

Email: valentin.gordeliy@gmail.com
Grenoble, France

Список литературы

  1. Gushchin, I., and Gordeliy, V. (2018) Microbial rhodopsins, Subcell Biochem., 87, 19-56, doi: 10.1007/978-981-10-7757-9_2.
  2. Gomez-Consarnau, L., Raven, J. A., Levine, N. M., Cutter, L. S., Wang, D., Seegers, B., Aristegui, J., Fuhrman, J. A., Gasol, J. M., and Sanudo-Wilhelmy, S. A. (2019) Microbial rhodopsins are major contributors to the solar energy captured in the sea, Sci. Adv., 8, eaaw8855, doi: 10.1126/sciadv.aaw8855.
  3. Spudich, J. L., Sineshchekov, O. A., and Govorunova, E. G. (2014) Mechanism divergence in microbial rhodopsins, Biochim. Biophys. Acta, 1837, 546-552, doi: 10.1016/j.bbabio.2013.06.006.
  4. Mukherjee, S., Hegemann, P., and Broser, M. (2019) Enzymerhodopsins: novel photoregulated catalysts for optogenetics, Curr. Opin. Struct. Biol., 57, 118-126, doi: 10.1016/j.sbi.2019.02.003.
  5. Кирпичников М. П., Островский М. А. (2019) Оптогенетика и зрение, Вестник Российской Академии Наук, 89, 125-130, doi: 10.31857/S0869-5873892125-130.
  6. Luecke, H., Schobert, B., Richter, H. T., Cartailler, J. P., and Lanyi, J. K. (1999) Structure of bacteriorhodopsin at 1.55 A resolution, J. Mol. Biol., 291, 899-911, doi: 10.1006/jmbi.1999.3027.
  7. Das, S., Singh, D., Madduluri, M., Chandrababunaidu, M. M., Gupta, A., Adhikary, S. P., and Tripathy, S. (2015) Draft genome sequence of bioactive-compound-producing cyanobacterium Tolypothrix campylonemoides strain VB511288, Genome Announc., 3, e00226-15, doi: 10.1128/genomeA.00226-15.
  8. Hasemi, T., Kikukawa, T., Watanabe, Y., Aizawa, T., Miyauchi, S., Kamo, N., and Demura, M. (2019) Photochemical study of a cyanobacterial chloride-ion pumping rhodopsin, Biochim. Biophys. Acta, 1860, 136-146, doi: 10.1016/j.bbabio.2018.12.001.
  9. Yun, J. H., Park, J. H., Jin, Z., Ohki, M., Wang, Y., Lupala, C. S., Liu, H., Park, S. Y., and Lee, W. (2020) Structure-based functional modification study of a cyanobacterial chloride pump for transporting multiple anions, J. Mol. Biol., 432, 5273-5286, doi: 10.3390/ma13143061.
  10. Astashkin, R., Kovalev, K., Bukhdruker, S., Vaganova, S., Kuzmin, A., Alekseev, A., Balandin, T., Zabelskii, D., Gushchin, I., Royant, A., Volkov, D., Bourenkov, G., Koonin, E., Engelhard, M., Bamberg, E., and Gordeliy, V. (2022) Structural insights into light-driven anion pumping in cyanobacteria, Nat. Commun., 13, 6460, doi: 10.1038/s41467-022-34019-9.
  11. Oesterhelt, D., Tittor, J., and Bamberg, E. (1992) A unifying concept for ion translocation by retinal proteins, J. Bioenerg. Biomembr., 24, 181-191, doi: 10.1007/BF00762676.
  12. Drachev, L. A., Jasaitis, A. A., Kaulen, A. D., Kondrashin, A. A., Liberman, E. A., Nemecek, I. B., Ostroumov, S. A., Semenov, A. Yu., and Skulachev, V. P. (1974) Direct measurement of electric current generation by cytochrome oxidase, H+-ATPase and bacteriorhodopsin, Nature, 249, 321-324, doi: 10.1038/249321a0.
  13. Drachev, L. A., Frolov, V. N., Kaulen, A. D., Liberman, E. A., Ostroumov, S. A., Plakunova, V. G., Semenov, A. Y., and Skulachev, V. P. (1976) Reconstitution of biological molecular generators of electric current. Bacteriorhodopsin, J. Biol. Chem., 251, 7059-7065.
  14. Bamberg, E., Apell, H. J., Dencher, N. A., Sperling, W., Stieve, H., and Lauger, P. (1979) Photocurrents generated by bacteriorhodopsin on planar bilayer membranes, Biophys. Struct. Mech., 5, 277-292, doi: 10.1007/BF02426663.
  15. Bamberg, E., Butt, H. J., Eisenrauch, A., and Fendler, K. (1993) Charge transport of ion pumps on lipid bilayer membranes, Q. Rev. Biophys., 26, 1-25, doi: 10.1017/s0033583500003942.
  16. Friedrich, T., Geibel, S., Kalmbach, R., Chizhov, I., Ataka, K., Heberle, J., Engelhard, M., and Bamberg, E. (2002) Proteorhodopsin is a light-driven proton pump with variable vectoriality, J. Mol. Biol., 321, 821-838, doi: 10.1016/s0022-2836(02)00696-4.
  17. Shevchenko, V., Mager, T., Kovalev, K., Polovinkin, V., Alekseev, A., Juettner, J., Chizhov, I., Bamann, C., Vavourakis, C., Ghai, R., Gushchin, I., Borshchevskiy, V., Rogachev, A., Melnikov, I., Popov, A., Balandin, T., Rodriguez-Valera, F., Manstein, D. J., Bueldt, G., Bamberg, E., and Gordeliy, V. (2017) Inward H+ pump xenorhodopsin: mechanism and alternative optogenetic approach, Sci. Adv., 3, e1603187, doi: 10.1126/sciadv.1603187.
  18. Schuler, M. A., Denisov, I. G., and Sligar, S. G. (2013) Nanodiscs as a new tool to examine lipid-protein interactions, Methods Mol. Biol., 974, 415-433, doi: 10.1007/978-1-62703-275-9_18.
  19. Rokitskaya, T. I., Maliar, N. L., Siletsky, S. A., Gordeliy, V., and Antonenko, Y. N. (2022) Electrophysiological characterization of microbial rhodopsin transport properties: electrometric and DpH measurements using planar lipid bilayer, collodion film, and fluorescent probe approaches, Methods Mol. Biol., 2501, 259-275, doi: 10.1007/978-1-0716-2329-9_12.
  20. Rokitskaya, T. I., Maliar, N., Kovalev, K. V., Volkov, O., Gordeliy, V. I., and Antonenko, Y. N. (2021) Rhodopsin channel activity can be evaluated by measuring the photocurrent voltage dependence in planar bilayer lipid membranes, Biochemistry (Moscow), 86, 409-419, doi: 10.1134/S0006297921040039.
  21. Selwyn, M. J., Dawson, A. P., Stockdale, M., and Gains, N. (1970) Chloride-hydroxide exchange across mitochondrial, erythrocyte and artificial lipid membranes mediated by trialkyl-and triphenyltin compounds, Eur. J. Biochem., 14, 120-126, doi: 10.1111/j.1432-1033.1970.tb00268.x.
  22. Antonenko, Y. N. (1990) Electrically silent anion transport through bilayer lipid membrane induced by tributyltin and triethyllead, J. Membr. Biol., 113, 109-113, doi: 10.1007/BF01872884.
  23. Sato, T., Konno, H., Tanaka, Y., Kataoka, T., Nagai, K., Wasserman, H. H., and Ohkuma, S. (1998) Prodigiosins as a new group of H+/Cl- symporters that uncouple proton translocators, J. Biol. Chem., 273, 21455-21462, doi: 10.1074/jbc.273.34.21455.
  24. Bamberg, E., Hegemann, P., and Oesterhelt, D. (1984) Reconstitution of the light-driven electrogenic ion-pump halorhodopsin in black lipid membranes, Biochim. Biophys. Acta, 773, 53-60, doi: 10.1016/0005-2736(84)90549-2.
  25. Bamberg, E., Tittor, J., and Oesterhelt, D. (1993) Light-driven proton or chloride pumping by halorhodopsin, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90, 639-643, doi: 10.1073/pnas.90.2.639.
  26. Antonenko, Y. N., Denisov, S. S., Silachev, D. N., Khailova, L. S., Jankauskas, S. S., Rokitskaya, T. I., Danilina, T. I., Kotova, E. A., Korshunova, G. A., Plotnikov, E. Y., and Zorov, D. B. (2016) A long-linker conjugate of fluorescein and triphenylphosphonium as mitochondria-targeted uncoupler and fluorescent neuro- and nephroprotector, Biochim. Biophys. Acta, 1860, 2463-2473, doi: 10.1016/j.bbagen.2016.07.014.
  27. Steiner, M., Oesterhelt, D., Ariki, M., and Lanyi, J. K. (1984) Halide binding by the purified halorhodopsin chromoprotein. I. Effects on the chromophore, J. Biol. Chem., 259, 2179-2184, doi: 10.1016/S0021-9258(17)43334-5.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».