Green-Sensitive, Long-Lived, Step-Functional Anion Channelrhodopsin-2 Variant as a High-Potential Neural Silencing Tool

光遗传学 沟道视紫红质 突变体 基因沉默 发色团 生物物理学 化学 离子 视紫红质 生物 光化学 生物化学 神经科学 视网膜 基因 有机化学
作者
Keiichi Kojima,Natsuki Miyoshi,Atsushi Shibukawa,Srikanta Chowdhury,Masaki Tsujimura,Tomoyasu Noji,Hiroshi Ishikita,Akihiro Yamanaka,Yuki Sudo
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:11 (15): 6214-6218 被引量:20
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.0c01406
摘要

Anion channelrhodopsin-2 (GtACR2) was identified from the alga Guillardia theta as a light-gated anion channel, providing a powerful neural silencing tool for optogenetics. To expand its molecular properties, we produced here GtACR2 variants by strategic mutations on the four residues around the retinal chromophore (i.e., R129, G152, P204, and C233). After the screening with the Escherichia coli expression system, we estimated spectral sensitivities and the anion channeling function by using the HEK293 expression system. Among the mutants, triple (R129M/G152S/C233A) and quadruple (R129M/G152S/P204T/C233A) mutants showed the significantly red-shifted absorption maxima (λmax = 498 and 514 nm, respectively) and the long-lived channel-conducting states (the half-life times were 3.4 and 5.4 s, respectively). In addition, both mutants can be activated and inactivated by different wavelengths, representing their step-functional ability. We nicknamed the quadruple mutant "GLaS-ACR2" from its green-sensitive, long-lived, step-functional properties. The unique characteristics of GLaS-ACR2 suggest its high potential as a neural silencing tool.
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