Instrument optogenetic dezvoltat la Bochum: inhibarea selectivă a neuronilor și a celulelor cardiace prin lumină albastră
Cercetătorii de la Universitatea Ruhr din Bochum, în colaborare cu colegi din Göttingen, Berlin, Paris și Essen, au dezvoltat instrumente optogenetice capabile să inhibe selectiv activitatea celulară cu ajutorul luminii. Rezultatele ar putea facilita studierea afecțiunilor în care echilibrul dintre excitație și inhibiție este perturbat, precum aritmiile cardiace.
Echipa condusă de dr. Brix Mücher, dr. Ida Siveke și profesorul Stefan Herlitze, din cadrul Departamentului de Zoologie Generală și Neurobiologie al universității germane, a publicat concluziile studiului în revista Science Signaling, pe 20 octombrie 2026.
Un receptor luminos cuplat la un canal de potasiu modificat
Instrumentele optogenetice permit activarea și dezactivarea neuronilor cu ajutorul luminii. În acest studiu, cercetătorii au cuplat un receptor sensibil la lumină, numit Opn4L, la un canal de potasiu modificat, numit GIRK1, care activează o cale de semnalizare cuplată la proteine G.
Receptorii cuplați la proteine G sunt printre cei mai importanți receptori de semnal din celulele animale. Ei răspund la stimuli variati, inclusiv la molecule de semnalizare, medicamente și lumină, și pot activa proteine G diferite în funcție de tipul de celulă și de receptor, declanșând astfel răspunsuri diverse. Receptorii de serotonină și dopamină sunt exemple tipice: perturbările acestor căi de semnalizare joacă un rol important în depresie, schizofrenie și boala Parkinson.
Teste pe neuroni și celule musculare
În experimente pe culturi celulare, cercetătorii au introdus noul instrument optogenetic, bazat pe Opn4L/GIRK1, în neuroni cerebeloși și în celule musculare cardiace. Experimentele cu celule cerebeloase au arătat că, atunci când lumina albastră este direcționată spre receptorul Opn4L, canalul GIRK cuplat din membrana celulară se deschide, activând o cale de semnalizare descendentă cuplată la proteine G. Astfel, celula devine mai puțin excitabilă, iar activitatea neuronilor este inhibată prin activarea instrumentului optogenetic.
Acest comutator optic a funcționat și în celulele musculare cardiace umane. Când cercetătorii au expus constructul Opn4L/GIRK1 la lumină albastră, frecvența bătăilor spontane a celulelor cultivate a scăzut.
Control precis al echilibrului dintre semnale
„Am dezvoltat un instrument optogenetic care nu doar activează un receptor, ci și întărește selectiv calea sa de semnalizare descendentă”, explică Ida Siveke. „Acest lucru ne permite să influențăm foarte precis echilibrul dintre semnalele stimulatoare și cele inhibitoare din celulele individuale.”
„În consecință, noile constructe optogenetice ne-ar putea ajuta să examinăm și să controlăm mai exact mecanismele de semnalizare din celulele musculare cardiace și din celulele pacemaker, precum și din neuroni”, afirmă pionierul optogeneticii Stefan Herlitze. „Aceasta deschide domenii de aplicare complet noi pentru optogenetică.”
