Structural foundations of potassium selectivity in channelrhodopsins
Notice bibliographique
Résumé
ABSTRACT Kalium channelrhodopsins (KCRs) are light-gated K + channels recently found in the stramenopile protist Hyphochytrium catenoides . When expressed in neurons, KCRs enable high-precision optical inhibition of spiking (optogenetic silencing). KCRs are capable of discriminating K + from Na + without the conventional K + -selectivity filter found in classical K + channels. The genome of H. catenoides also encodes a third paralog that is more permeable for Na + than for K + . To identify structural motifs responsible for the unusual K + selectivity of KCRs, we systematically analyzed a series of chimeras and mutants of this protein. We found that mutations of three critical residues in the paralog convert its Na + selective channel into a K + selective one. Our characterization of homologous proteins from other protists ( Colponema vietnamica, Cafeteria burkhardae and Chromera velia ) and metagenomic samples confirmed the importance of these residues for K + selectivity. We also show that Trp102 and Asp116, conserved in all three H. catenoides orthologs, are necessary, although not sufficient, for K + selectivity. Our results provide the foundation for further engineering of KCRs for optogenetic needs. IMPORTANCE Recently discovered microbial light-gated ion channels (channelrhodopsins) with a higher permeability for K + than for Na + (kalium channelrhodopsins, or KCRs) demonstrate an alternative K + selectivity mechanism, unrelated to well-characterized “selectivity filters” of voltage- and ligand-gated K + channels. KCRs can be used for optogenetic inhibition of neuronal firing, and potentially for the development of gene therapies to treat neurological and cardiovascular disorders. In this study we identify structural motifs that determine the K + selectivity of KCRs that provide the foundation for that provide the foundation for elucidating their K + selectivity mechanism and for their further engineering as optogenetic tools.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».