Functional characterisation of Neogonodactylus oerstedii rhodopsins

Rotempfindliche Optogenetik ist entscheidend für die Modulation von tiefem Gewebe und nicht-invasive Verfahren, da sie viel weniger Streuung als kurze Wellenlängen aufweist und Phototoxizität aufgrund hoher Lichtintensität vermeidet. Allerdings sind derzeitige photoreversible GPCRs nicht in der Lage, eine bidirektionale (ON/OFF) Aktivierung mit langer Wellenlänge auszuüben, was die präzise Steuerung der endogenen G-Protein Signalübertragung einschränkt. Von allen Sehorganen, die sich über Milliarden von Jahren entwickelt haben, verfügen die Augen von Stomatopoden-Krebstieren über das höchste Potenzial für die Farbdiskriminierung und breite Farberkennung. In dieser Studie haben wir 17 Opsine von Neogonodactylus oerstedii, die als langwellige (NOL) und mittelwellige (NOM) Opsine klassifiziert sind, in menschlichen Embryo-Nierenzellen exprimiert. Bemerkenswert ist, dass drei NOLs außergewöhnlich rotempfindlich waren und ihren Peak bei über 600 nm hatten, was sie zu den rotempfindlichsten tierischen Rhodopsinen macht, die jemals funktionell charakterisiert wurden. Einige dieser Opsine zeigen Photoreversibilität mit inversen blau-roten Spektralverschiebungen, was eine bisher unbekannte photochemische Flexibilität offenbart. Wichtig ist, dass die beispiellose Empfindlichkeit gegenüber langen Wellenlängen und die deutliche spektrale Trennung zwischen dem aktiven und inaktiven Zustand ein außergewöhnliches Potenzial für die bidirektionale Steuerung der Gq- und Gi/o-Signalwege in größeren Gewebetiefen bieten und neue Möglichkeiten für die optogenetische Untersuchung in den Bereichen Neurowissenschaften, Herz-Kreislauf- und Stoffwechselregulation sowie Krebsbiologie eröffnen.