Родопсиновые протонные помпы и ионные каналы для оптогенетического контроля рН цитозоля и физиологии митохондрий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Власова Анастасия Дмитриевна

• Власова Анастасия Дмитриевна
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Власова Анастасия Дмитриевна

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Цель и задачи исследований

Научная новизна работы

Теоретическая и практическая значимость исследования

Положения, выносимые на защиту

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Структура, функции и разнообразие микробных родопсинов

1.1.1 Структура и функции бактериородопсина

1.1.2 Разнообразие микробных родопсинов

1.1.3 Классическая оптогенетика

1.1.4 Применение микробных родопсинов в классической оптогенетике

1.1.5 Отбор и модификация микробных родопсинов для задач оптогенетики

1.2 Оптогенетика органелл и её применение для контроля метаболизма клетки

1.2.1 Плазматическая мембрана

1.2.2 Митохондрии

1.2.3 Лизосомы и синаптические везикулы

1.2.4 Эндоплазматический ретикулум

1.3 Флуоресцентные красители и белковые флуоресцентные зонды для детекции функций родопсинов в клетках

1.4 Применение оптогенетики органелл для фундаментальных исследований в биологии

1.5 Перспективы клинического применения оптогенетики органелл

ГЛАВА 2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Материалы

2.2 Методы

2.2.1 Приготовление компетентных клеток E. coli

2.2.2 Трансформация клеток E. coli

2.2.3 Экспрессия родопсинов в E. coli

2.2.4 Выделение и очистка родопсинов

2.2.5 Определение коэффициентов экстинкции родопсинов

2.2.6 Определение количества родопсинов в клетках E. coli

2.2.7 Измерение рН суспензии клеток E. coli и оценка эффективности родопсинов с учётом уровня экспрессии

2.2.8 Получение генетических конструкций для экспрессии родопсинов в различных компартментах клеток человека

2.2.9 Культивирование и трансфекция клеток человека

2.2.10 Конфокальная микроскопия клеток HEK293T и исследование локализации родопсинов в различных органеллах

2.2.11 Измерение рН цитозоля и матрикса митохондрий клеток HeLa с помощью флуоресцентного белкового зонда SypHer3s

2.2.12 Оценка концентрации Ca2+ в цитозоле клеток HeLa с помощью флуоресцентного зонда FGCamp7

2.2.13 Исследование разбухания митохондрий в клетках HeLa в ответ на оптогенетическое защелачивание

2.2.14 Исследование уровня АТФ в цитозоле клеток HeLa при оптогенетическом изменении рН цитозоля

ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ

3.1 Сравнение эффективности родопсинов-протонных помп в клетках

E. coli

3.1.1 Измерение рН суспензии клеток E. coli C41, экспрессирующих протонные помпы

3.1.2 Определение коэффициентов экстинкции родопсинов

протонных помп

3.1.3 Определение эффективности родопсинов в E. coli с учётом уровня экспрессии

3.2 Исследование направленной экспрессии родопсинов во внутренней мембране митохондрий

3.2.1 Оптимизация условий трансфекции

3.2.2 Исследование субклеточной локализации родопсинов, содержащих сигнал для направленной экспрессии в митохондриях

3.3 Оптогенетический контроль рН цитозоля клеток человека с помощью прямых и обратных протонных помп

3.3.1 Выбор сигнальных пептидов для направленной экспрессии родопсинов в плазматической мембране клеток млекопитающих

3.3.2 Исследование локализации родопсинов, направленных в плазматическую мембрану

3.3.3 Оптогенетический контроль рН цитозоля и митохондрий клеток HeLa и HEK293T с помощью прямых и обратных протонных помп

3.3.4 Повышение концентрации кальция в цитозоле при оптогенетическом защелачивании

3.3.5 Влияние оптогенетического изменения рН цитозоля на концентрацию

АТФ в клетке

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВЫВОДЫ

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

БЛАГОДАРНОСТИ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ПД - потенциал действия

ЭТЦ - электрон-транспортная цепь

АТФ - аденозинтрифосфорная кислота

ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота

ABC - ATP-binding cassete, АТФ-связывающая кассета

МПМ - мембранный потенциал митохондрий

СМЛ - сигнал митохондриальной локализации

ЭПР - эндоплазматический ретикулум

СР - саркоплазматический ретикулум

ПМ - плазматическая мембрана

АФК - активные формы кислорода

OD - optical density, оптическая плотность раствора/суспензии

BCECF - 2',7'-бис(карбоксиэтил)-5(6)-карбоксифлуоресцеин

TMRM - tetramethylrhodamine, methyl ester, метиловый эфир тетраметилродамина

AMPK - АМФ-активируемая протеинкиназа

mPTP - mitochondrial permeability transition pore, митохондриальная пора FRET - Förster resonance energy transfer, Фёрстеровский резонансный перенос энергии

CAR - chimeric antigen receptor, химерный рецептор антигена MOPS - 3-(N-morpholino) propanesulfonic acid, 3-^-морфолино) пропансульфоновая кислота

PIPES - piperazine-N,N'-bis(2-ethanesulfonic acid), пиперазин-Ы,№-бис(2-этансульфоновая кислота)

HEPES - N-(2-hydroxyethyl)piperazine-N'-(2-ethanesulfonic acid), N-(2-гидроксиэтил)пиперазин-№-(2-этансульфоновая кислота) MCS - multiple cloning site, сайт множественного клонирования CMV - cytomegalovirus, цитомегаловирус

BAPTA-AM - 1,2-bis(o-ammophenoxy)ethane-N,N,N',N'-tetraacetic acid acetoxymethyl ester, ацетоксиметиловый эфир 1,2-бис(о-аминофенокси)этан-^^№,№-тетрауксусной кислоты

HBSS - Hanks' Balanced Salt Solution, солевой раствор Хенкса

EGTA - 2-ethylene glycol-bis(P-aminoethyl ether)-N,N,N',N'-tetraacetic acid,

этиленгликоль-бисф-аминоэтиловый эфир)-N,N,N',N'-тетрауксусная кислота

PBS - phosphate-buffered saline, фосфатный буфер

БСА - бычий сывороточный альбумин

FLAG-tag - FLAG-epitope (DYKDDDDK), эпитоп для распознавания антителами HA-tag - hemagglutinin tag, эпитоп гемагглютинина гриппа человека FITC - fluorescein isothiocyanate, изотиоцианат флуоресцеина

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Родопсиновые протонные помпы и ионные каналы для оптогенетического контроля рН цитозоля и физиологии митохондрий»

Актуальность темы

Оптогенетика - бурно развивающееся в настоящее время направление -представляет собой использование светочувствительных белков (оптогенетических средств) для управления физиологическими функциями клетки. Исторически, одними из первых оптогенетических средств были мембранные белки, относящиеся к группе микробных родопсинов. На данный момент известно около 10 тыс. генов, кодирующих белки, относящиеся к этой группе. По функциям микробные родопсины можно разделить на четыре основных группы: светоактивируемые ионные каналы и ионные насосы (помпы), фоточувствительные рецепторы и белки, обладающие ферментативной активностью. Первоначально, оптогенетика получила широкое применение в области нейробиологии: были разработаны оптогенетические подходы по селективной активации или торможению генерации нервных импульсов в отдельных субпопуляциях нейронов в мозге с использованием канальных родопсинов.

Одним из основных преимуществ метода оптогенетики является неинвазивность воздействия, и, как следствие, уменьшенное количество «побочных эффектов», в сравнении с использованием химических агентов. Важнейшим преимуществом оптогенетики также является возможность контроля физиологических процессов с высоким временным и пространственным разрешением, которые недостижимы при использовании химических способов воздействия.

В последнее время начинает развиваться новое направление в оптогенетике - контроль физиологии невозбудимых клеток с помощью оптогенетических средств. Концентрации ионов в различных субклеточных компартментах, а также градиенты концентраций ионов, возникающие между ними, являются важнейшими параметрами гомеостаза в клетках живых организмов. Для контроля ионных

градиентов внутри клетки разрабатываются подходы по направленной экспрессии родопсинов в мембранах внутриклеточных органелл клеток млекопитающих. В данной работе несколько новых родопсинов экспрессированы во внутренней мембране митохондрий, что важно для расширения инструментария средств оптогенетического контроля биоэнергетики клеток.

Наиболее распространёнными ионами в живых организмах являются протоны. рН субклеточных компартментов является фундаментальным параметром гомеостаза. В данном диссертационном исследовании разработаны подходы по оптогенетическому контролю рН цитозоля клеток млекопитающих. Оптогенетический метод контроля рН цитозоля позволит более детально изучить механизмы поддержания гомеостаза в клетке и значение рН цитозоля в этом гомеостазе. Также, с помощью данного подхода в будущем станет возможно смоделировать отклонения pH цитозоля от физиологического значения и выяснить роль этих отклонений в индукции клеточной гибели или злокачественной трансформации, и, как следствие, роль нарушения рН в патогенезе нейродегенеративных, онкологических и других заболеваний.

Цель и задачи исследований

Целью диссертационной работы является разработка новых оптогенетических средств контроля физиологии клетки.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

• разработать методику проведения функциональных тестов в клетках E. coli для поиска потенциально эффективных родопсинов-протонных помп;

• найти, используя эту методику, наиболее эффективные прямые и обратные протонные помпы с целью применения для контроля рН клеток млекопитающих;

• исследовать возможности выбранных потенциальных оптогенетических средств для регуляции рН цитозоля и матрикса митохондрий клеток млекопитающих и других организмов;

• исследовать влияние оптогенетически-индуцированного изменения рН цитозоля в клетках млекопитающих на концентрацию ионов Ca2+ и уровень АТФ в цитозоле;

• сравнить эффективность сигнальных последовательностей для доставки родопсинов во внутреннюю мембрану митохондрий.

Научная новизна работы

В рамках данной диссертационной работы впервые показано применение обратной протонной помпы NsXeR, отобранной по результатам функциональных тестов в клетках E. coli, для оптогенетического контроля рН цитозоля клеток млекопитающих. Было впервые произведено оптогенетическое закисление цитозоля при физиологических значениях рН, что исключительно важно для проведения экспериментов в нативных для клетки условиях.

Также, в работе впервые продемонстрировано, что оптогенетическое защелачивание цитозоля клеток HeLa (с помощью прямой протонной помпы Arch3) приводит к резкому повышению концентрации ионов кальция в цитозоле. Выдвинута гипотеза о критической роли повышения концентрации ионов кальция в цитозоле при запуске апоптоза, вызванного оптогенетическим защелачиванием цитозоля. Также, впервые показано влияние оптогенетического закисления цитозоля на рН митохондриального матрикса.

Помимо этого, в работе впервые показана экспрессия ряда родопсинов во внутренней мембране митохондрий, что открывает новые возможности для контроля физиологии клетки с помощью оптогенетического воздействия на данные органеллы.

Теоретическая и практическая значимость исследования

Использование оптогенетических средств позволяет с высокой пространственной и временной точностью оказывать влияние на физиологические процессы в клетках. В то же время, экспрессия оптогенетических средств в органеллах позволяет сочетать преимущества оптогенетического подхода с

преимуществами селективного воздействия на конкретные параметры органелл. Основными органеллами, для которых разрабатываются оптогенетические методы контроля, являются плазматическая мембрана, митохондрии и лизосомы.

Экспрессия родопсинов-протонных помп в плазматической мембране позволяет исследовать влияние изменения рН цитозоля на физиологию клетки (Donahue et al., 2021; Nakao et al., 2022). Защелачивание цитозоля происходит, в частности, в процессе злокачественной трансформации, а закисление цитозоля, в свою очередь, может индуцировать клеточную гибель (Schwartz et al., 2020). Использование оптогенетических средств контроля рН цитозоля позволит установить, является изменение рН причиной или следствием данных процессов.

Экспрессия микробных родопсинов во внутренней мембране митохондрий может быть использована для исследования механизмов митохондриальной биоэнергетики (Tkatch et al., 2017), а также влияния параметров митохондрий на физиологию клетки, например, на индукцию клеточной гибели, возникновение защитного эффекта прекондиционирования (Ernst et al., 2019) или продолжительность жизни организма (Berry et al., 2023). Экспрессия протонных помп в лизосомах может быть использована для исследования функций лизосомальных ферментов in vivo, для определения гетерогенности популяций лизосом в клетке и исследования механизмов регуляции V-АТФазы (Rost et al., 2015).

Таким образом, оптогенетика органелл может быть использована для решения ряда фундаментальных задач по исследованию клеточной физиологии, моделированию метаболических нарушений на клеточном уровне, исследованию их патогенеза и тестирования стратегий, направленных на компенсацию этих нарушений. Клиническое применение оптогенетики органелл - задача, которая будет решаться в будущем, вероятно, не очень далёком. Оптогенетические подходы уже внедряются как новый терапевтический инструмент, например, для восстановления зрения (Sahel et al., 2021). Оптогенетику рассматривают как перспективный инструмент для терапии нейродегенеративных (Mirzayi et al. , 2022)

и кардиологических (Bruegmann а!., 2010) заболеваний. Разрабатываются подходы по влиянию на клетки сердечной мышечной ткани при экспрессии оптогенетических средств в митохондриях (Tkatch & а1., 2017), а также по оптогетнетическому контролю гладкой и поперечнополосатой мускулатуры при экспрессии родопсинов в саркоплазматическом ретикулуме (Asano & а1., 2018).

Особый интерес представляет потенциальное использование оптогенетики органелл в терапии рака (Amitrano & а1., 2021). Также, в ближайшем будущем, оптогенетика органелл, вероятно, окажется применимой для терапии метаболических патологий, таких как ожирение, диабет и др., а также возрастных заболеваний.

Положения, выносимые на защиту

1) Aг^XeR - наиболее эффективная обратная протонная помпа из рассмотренных в работе по результатам функциональных тестов в клетках Е. С41 ^3);

2) Активация обратной протонной помпы Aг^XeR вызывает физиологически значимое оптогенетическое закисление цитозоля клеток HeLa;

3) Оптогенетическое защелачивание цитозоля клеток HeLa (с помощью протонной помпы ЛтЛ3) приводит к резкому повышению концентрации Са2+ в цитозоле;

4) Оптогенетическое защелачивание цитозоля клеток HeLa (с помощью протонной помпы ЛтЛ3) приводит к исчерпанию АТФ в клетке;

5) Осуществлена направленная экспрессия прямой протонной помпы Arch3, обратных протонных помп ЖXeR, BcXeR, PoXeR а также вирусного родопсина VirChR1 в митохондриях клеток ^№093^

6) Родопсины Aг^XeR и ЛтЛЗ являются перспективными для оптогенетических применений, т.к. они позволяют существенно менять pH цитозоля клеток человека и других организмов в физиологически значимых пределах.

Глава 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Структура, функции и разнообразие микробных родопсинов

Родопсины представляют собой семейство активируемых светом семиспиральных трансмембранных белков. Выделяют три типа родопсинов: микробные родопсины (тип I, рисунок 1А), обнаруженные у прокариот и одноклеточных эукариот, родопсины животных (тип II, рисунок 1Б), обеспечивающие фоторецепцию в глазу, и гелиородопсины (тип III, рисунок 1В) (Gordeliy et al., 2022). Особенностью микробных родопсинов является связывание кофактора all-trans-ретиналя, его активация вследствие фотоиндуцированной изомеризации в ¡S-cis-состояние, а также темновая изомеризация обратно в alltrans форму, что позволяет повторно активировать родопсин светом (Govorunova et al., 2017).

Тип I Тип II Тип III (гелиородопсины)

Рисунок 1 Типы родопсинов: микробные родопсины (тип I), родопсины животных (тип II) и гелиородопсины (тип III); EC - внеклеточная среда, ГС - цитозоль; (Pedraza-Gonzalez & а1.,

2022).

Микробные родопсины (ионные помпы) способны конвертировать энергию света в ионные градиенты - одну из форм энергии, доступную клетке. Другие микробные родопсины представляют собой светоактивиуемые ионные каналы (канальные родопсины). Известны сенсорные родопсины, а также родопсины, обладающие ферментативной активностью. Родопсины животных связывают 11-цис-ретиналь, который после фотоиндуцированной изомеризации в all-trans-форму диссоциирует, а белковая часть родопсина индуцирует внутриклеточную передачу сигнала за счёт активации связанного с родопсином G-белка (Ridge and Palczewski, 2007; Островский, 2020). Гелиородопсины отличаются от всех других родопсинов противоположной ориентацией в мембране (N-конец обращён в цитоплазму, в то время как у всех остальных родопсинов N-конец обращён во внеклеточную среду), однако их функции до сих пор не ясны (Kovalev et al., 2020).

1.1.1 Структура и функции бактериородопсина

Первым открытым представителем семейства микробных родопсинов был бактериородопсин (HsBR), выделенный из пурпурных мембран микроорганизма Halobacterium salinarum (Osterhelt and Stoeckenius, 1971). Благодаря простоте получения и быстрому накоплению данных о структуре и функции HsBR, в дальнейшем он стал модельным родопсином, использующимся для разработки и совершенствования методов исследования мембранных белков. HsBR использовался для тестирования новых методов кристаллизации мембранных белков, в том числе при кристаллизации в липидных кубических фазах (метод in meso) (Caffrey and Cherezov, 2009; Ishchenko et al., 2017), кристаллизации из бицелл (Agah and Faham, 2012; Murugova et al., 2022) и др. При использовании HsBR была показана возможность встраивания белков, окружённых амфиполем (Polovinkin et al., 2014) или находящихся в нанодисках (Nikolaev et al., 2017) в липидную in meso фазу. HsBR также использовался как модельный белок при совершенствовании метода расшифровки трёхмерных структур белков с помощью электронной микроскопии (Goldie et al., 2014) и др.

Спектр поглощения ЖВЯ имеет максимум при 586 нм, что соответствует поглощению ретиналя в функциональном белке. При поглощении кванта света спектр поглощения родопсинов претерпевает циклические изменения, называемые фотоциклом. Для бактериородопсина последовательные метастабильные состояния в фотоцикле были названы К, Ь, М, N и О (рисунок 2). Общая длительность фотоцикла для протонной помпы отражает «скорость» транслокации протонов через мембрану и составляет для ЖВЯ примерно 30 мс.

Рисунок 2 Спектр поглощения основного состояния ÄsBR и интермедиатов фотоцикла: K, L, M (А) (Fabian et al., 2015), фотоцикл бактериородопсина HsBR (Б) (Klare et al., 2007).

В трёхмерной структуре HsBR можно выделить путь, по которому происходит транслокация протонов (рисунок 3). В темноте основание Шиффа all-trans--ретиналя протонировано, этот протон образует водородную связь с близлежащей молекулой воды (W402), которая также координирована остатками Asp-85 и Asp-212. Поглощение ретиналем фотона приводит к изомеризации в 13-cis состояние и переходу протона на первичный акцептор Asp-85. Конформационные изменения в М-состоянии открывают путь для протона к Glu-194/-204, откуда он высвобождается в раствор с внеклеточной стороны. Репротонирование основания Шиффа происходит за счёт передачи протона с Asp-

96, который впоследствии протонируется протонами растворителя с цитоплазматической стороны (Gushchin and Gordeliy, 2018).

Рисунок 3 Структура бактериродопсина #sBR, полости внутри молекулы показаны красным, отдельно отмечены аминокислотные остатки, образующие путь протона через белок

(Gushchin and Gordeliy, 2018).

Функционирование BR составляет основу световой энергетики галобактерий (Henderson, 1977). Также, в экспериментальных условиях была показана способность АТФ-синтазы бактерий использовать созданный в липосомах с помощью HsBR протонный градиент (Racker and Stoeckenius, 1974).

1.1.2 Разнообразие микробных родопсинов

Микробные родопсины широко распространены среди представителей различных групп живых организмов: бактерий, архей, эукариот (Govorunova et al., 2017), (Gushchin and Gordeliy, 2018) (рисунок 4). Также, гены родопсинов найдены в геноме некоторых вирусов (Yutin and Koonin, 2012). На основе сходства функций среди микробных родопсинов можно выделить четыре группы: ионные помпы, ионные каналы, фоточувствительные рецепторы и фоточувствительные белки, обладающие ферментативной активностью (рисунок 5).

Среди ионных помп широко распространены протонные помпы. HsBR является протонной помпой архейного происхождения, в эту группу также входят такие активно использующиеся в оптогенетике протонные помпы как Arch3 (из археи Halorubrum sodomense) (Chow et al., 2010). Известны протонные помпы бактериального происхождения (протеородопсины), которые играют важную роль в фототрофной энергетике бактерий (Gomez-Consarnau et al., 2010). Помимо протонных помп, известны натриевые (Kirill Kovalev et al., 2020) и хлорные помпы (Essen, 2002). Позже были открыты обратные протонные помпы, перекачивающие протоны внутрь клетки - PoXeR (ксенородопсин из бактерии Parvularcula oceani) (Inoue et al., 2016), NsXeR (из археи Nanosalina sp.) (Shevchenko et al., 2017) и др.

Среди микробных родопсинов также известны ионные каналы, которые подразделяют на катионные и анионные каналы. Родопсины-ионные каналы выполняют в микроорганизмах рецепторную функцию. У Chlamydomonas reinhardtii два катионных канальных родопсина CrChR1 и CrChR2 сосредоточены в области светочувствительного глазка и обеспечивают фоторецепцию (Sineshchekov et al., 2002). У криптофитовой водоросли Guillardia Theta найдено множество генов родопсинов-анионных каналов (Govorunova et al., 2015). Канальные родопсины особенно активно используют в оптогенетике для запуска (катионные) (Boyden et al., 2005) или торможения (анионные) (Govorunova et al., 2015) генерации потенциалов действия (ПД) в отдельных популяциях нейронов мозга.

Рисунок 4 Филогенетическое древо микробных родопсинов и характерные аминокислотные остатки, гомологичные D85, T89 и D96 в (Gushchin and Gordeliy, 2018)

Помимо ионных помп и каналов, среди микробных родопсинов встречаются сенсорные родопсины, образующие комплекс с белками-трансдьюсерами и обеспечивающие внутриклеточную передачу сигналов (Gordeliy et al., 2002; Sasaki and Spudich, 2008), а также ферментативные родопсины, в которых родопсин помимо мембранной части имеет домен, чья каталитическая активность запускается вследствие конформационных перестроек при активации молекулы светом (Luck et al., 2012).

Рисунок 5 Функции микробных родопсинов и их физиологическое значение (Ооуотпоуа

а al., 2017).

1.1.3 Классическая оптогенетика

Возможность запуска ПД в возбудимых клетках впервые была показана при экспрессии CrChR2 в нейронах гиппокампа (Воуёеп ^ al., 2005), после чего возникло новое направление - оптогенетика, которое изначально было сфокусировано на контроле возбудимых клеток (классическая оптогенетика, рисунок 6) (Deisseroth, 2011).

1.1.4 Применение микробных родопсинов в классической оптогенетике

После демонстрации возможности активации нейронов светом множество микробных родопсинов стали инструментами оптогенетики (Alekseev et al., 2022; Emiliani et al., 2022). Катионные канальные родопсины, такие как CrChR2 и его мутанты, ChRGR (химера CrChR1 и CrChR2) и другие используют для активации отдельных популяций нейронов в мозгу позвоночных (Wen et al., 2010; Deisseroth and Hegemann, 2017). Комплементарно с активирующими были разработаны ингибирующие генерацию ПД гиперполяризующие средства, такие как галородопсины HvHR (Engelhard et al., 2018) и ^pHR (Zhao et al., 2008). Галородопсины, благодаря достаточно смещенному в красную область спектру поглощения, могут использоваться одновременно с CrChR2, позволяя таким образом, с помощью света различной длины волны, активировать и подавлять активность нейронов (Zhang et al., 2007). В оптогенетике также используются протонные помпы, такие как Arch3, для подавления активности нейронов (Chow et al., 2010), и обратные протонные помпы, которые представляют собой перспективные инструменты для активации нейронов (Shevchenko et al., 2017).

Оптогенетика произвела революцию в нейронауках (Deisseroth, 2015). С помощью оптогенетики оказалось возможным исследовать функции отдельных популяций нейронов в регуляции физиологических (Gourine et al., 2010; Anaclet et al., 2014; Oka et al., 2015), а также сложных поведенческих реакций (Z. Wu et al., 2014; Kunwar et al., 2015), формирования воспоминаний (Roy et al., 2016) и др.

Рисунок 6 Оптогенетические инструменты: основные группы оптогенетических средств (А) (Engelhard et al., 2018), CrChR2 как первый инструмент оптогенетики (Б) (Deisseroth, 2015), протонные помпы (В) и галородопсины (Г) используют для подавления активности нейронов

(Boyden, 2011).

1.1.5 Отбор и модификация микробных родопсинов для задач оптогенетики

На данный момент классическая оптогенетика, оказывающая влияние на возбудимые клетки, является основной областью, для целей которой осуществляется поиск, отбор и модификация родопсинов. С помощью методов биоинформатики производится поиск новых родопсинов - потенциальных оптогенетических средств (Boeuf et al., 2015). Для задач оптогенетики помимо ионной специфичности родопсина важны также такие параметры как длительность фотоцикла, спектр поглощения, уровень экспрессии в плазматической мембране (ПМ) нейронов и др. Биоинформатический поиск позволяет обнаружить родопсины с заданными свойствами (Rodriguez-Valera et al., 2022). Таким образом найден, например, Crimpson - канальный родопсин из Chlamydomonas noctigama, спектр поглощения которого сдвинут в красную область (600 нм) (Klapoetke et al., 2014). Это важно, т.к. красный свет лучше проникает в ткани животных (Lehtinen et al. , 2022). Параметры оптогенетических средств могут быть улучшены с помощью мутагенеза. Например, для CrChR2 были получены мутанты с изменённой кинетикой закрытия канала, в частности, мутант C128S/D156A (SSFO - stabilized-step-function-opsin) (Gong et al., 2020), константа закрытия которого составляет около 30 мин. С помощью мутации L132C (CatCh) проницаемость CrChR2 для Са2+ была увеличена в шесть раз (Kleinlogel et al., 2011). 1.2 Оптогенетика органелл и её применение для контроля метаболизма клетки

Селективная экспрессия родопсинов в мембранах внутриклеточных органелл позволяет неинвазивно осуществлять контроль метаболизма и физиологических процессов в клетках с высоким временным и пространственным разрешением (Rost et al., 2017). Тем не менее, направленная экспрессия родопсинов в плазматической мембране и в мембранах внутриклеточных органелл зачастую является трудной задачей (Garita-Hernandez et al., 2018). Далее будут описаны основные подходы к направленной экспрессии родопсинов в органеллах клеток млекопитающих.

1.2.1 Плазматическая мембрана

Классическая оптогенетика, как правило, использует родопсины, экспрессированные в плазматической мембране возбудимых клеток. В таком случае, основным параметром, на который оказывается влияние, является мембранный потенциал возбудимой клетки (Deisseroth, 2015).

1.2.1.1 Способы доставки родопсинов в плазматическую мембрану клеток

Большинство родопсинов из одноклеточных эукариот экспрессируются в плазматической мембране организма-хозяина и имеют соответствующие сигнальные последовательности, направляющие их экспорт по секреторному пути. Например, CrChR2 (канальный родопсин 2 из Chlamidomonas reinhardtii) содержит сигнал доставки в плазматическую мембрану в составе первых 24 -х аминокислот (Tkatch et al., 2017). Родопсины из бактериальных и архейных организмов не содержат эукариотических сигнальных последовательностей. Как правило, для доставки таких белков используют добавление эукариотических сигналов экспорта из ЭПР и мембранного транспорта на С-конец белка (Donahue et al., 2021), а также сигнала встраивания в мембрану на N-конец (Gradinaru et al., 2008), (рисунок 7А,

Г).

1.2.1.2 Оптогенетические эффекты родопсинов в плазматической мембране

клеток

Применение родопсинов в классической оптогенетике для деполяризующего или гиперполяризующего влияния на мембранный потенциал возбудимых клеток описано в разд. 1.1.3. Однако, такие средства могут воздействовать и на другие физиологические процессы. Например, было показано оптогенетическое изменение рН цитозоля клеток при активации протонной помпы ArchT в плазматической мембране (Donahue et al., 2021). Авторами было получено защелачивание цитозоля клеток пигментного эпителия сетчатки на 0.3 ед. рН (рисунок 7А, Б). Этот эффект был обратимым и многократно повторяющимся при возбуждении светодиодным источником с длиной волны 561 нм. Помимо этого,

было показано образование выступов мембраны, которое происходило локально в той области плазматической мембраны клетки, экспрессирующей ArchT, которая подвергалась освещению.

В другой работе было продемонстрировано защелачивание цитозоля на 1.1 ед. рН (с 7.4 до 8.5) при активации Arch3, экспрессированного в плазматической мембране клеток HeLa (Nakao et al., 2022). Также, было показано снижение защелачивания клеток при инкубации в щелочной среде при активации экспрессированной в плазматической мембране обратной протонной помпы RmXeR (ксенородопсина из Rubricoccus marinas), однако в нейтральной среде достоверного закисления цитозоля при активации RmXeR не наблюдалось. Оптогенетическое защелачивание цитозоля при помощи Arch3 вызывало ошаривание клеток и клеточную гибель (рисунок 7В). Авторами было показано, что гибель клеток осуществляется по внутреннему митохондриально-зависимому пути апоптоза (показаны активация каспазы 3, а также фрагментация ядерной ДНК), который сопровождается сбросом мембранного потенциала митохондрий и выходом цитохрома С в цитозоль. Наблюдалось снижение хемотаксиса при экспрессии и активации Arch3 в хемочувствительных сенсорных нейронах Caenorhabditis elegans (C. elegans). Важным аспектом экспрессии протонных помп, а также помп другой ионной специфичности, является влияние на мембранный потенциал клетки, что препятствует дальнейшему переносу ионов. Одним из вариантов решения данной проблемы может быть коэкспрессия родопсинов-помп с каналами другой ионной специфичности для поддержания электронейтральности переноса.

рН цитозоля клетки - важнейший физиологический параметр, тесно связанный с рН органелл и внеклеточной среды. Дифференцированные клетки человека имеют внутриклеточный рН около 7.2, при этом рН межклеточной среды составляет 7.4. Стабильное защелачивание цитозоля (более 7.4) при активном аэробном гликолизе типично для раковых клеток (эффект Варбурга). При этом образующаяся кислота выбрасывается наружу клетки, закисляя межклеточную

среду (рН менее 7.1) (Webb et al., 2011). Показана связь между повышенным внутриклеточным рН и многими особенностями раковых клеток, такими как усиленная пролиферация, резистентность к апоптозу, способность к метастазированию и др. Недавно была показана непосредственная активация экспрессии циклина D1 при повышении внутриклеточного рН (Koch et al., 2020). Также, процессы миграции многих клеток, в том числе метастазирующих раковых клеток, требуют повышенного рН цитозоля (Stock and Schwab, 2009). В частности, активность кофилина - белка, необходимого для сборки актиновых филаментов, в метастазирующих клетках, повышается при увеличении рН (Frantz et al., 2008). Также, подобное раковым клеткам защелачивание цитозоля (вместе с аэробным гликолизом) наблюдается в клетках хвостовой почки при эмбриогенезе позвоночных, где под действием защелачивания происходит активация WNT-сигналлинга (Oginuma et al., 2020). Существует гипотеза о противоположных эффектах защелачивания и закисления на судьбу клетки: если защелачивание является фактором, способствующим клеточному делению, то закисление является фактором, способствующим клеточной гибели, в частности, гибели нейронов при развитии нейродегенеративных заболеваний (Schwartz et al., 2020). Тем не менее, известны данные о неоднозначном влиянии внутриклеточного закисления на выживаемость клеток. Так, добавление пирувата, способствующего закислению цитозоля, к фибробластам пациентов с болезнью Паркинсона приводило к активации митофагии и последующему увеличению выживаемости клеток (Komilova et al., 2022).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Власова Анастасия Дмитриевна, 2023 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Agah S. and Faham S. 'Crystallization of Membrane Proteins in Bicelles'// Membrane Protein Structure and Dynamics. 2012. 914. pp. 3-16. doi: 10.1007/978-1-62703-023-6_1.

2. Alekseev A., Gordeliy V. and Bamberg E. 'Rhodopsin-Based Optogenetics: Basics and Applications.'// in Rhodopsin. 2022. pp. 71-100.

3. Amitrano A. M., Berry B. J., Lim K., Kim K. Do, Waugh R. E., Wojtovich A. P. and Kim M. 'Optical Control of CD8+ T Cell Metabolism and Effector Functions'// Frontiers in Immunology. 2021. doi: 10.3389/fimmu.2021.666231.

4. Anaclet C., Ferrari L., Arrigoni E., Bass C. E., Saper C. B., Lu J. and Fuller P. M. 'The GABAergic parafacial zone is a medullary slow wave sleep-promoting center'// Nature Neuroscience. 2014. 17(9). pp. 1217-1224. doi: 10.1038/nn.3789.

5. Appelqvist H., Wäster P., Kâgedal K. and Öllinger K. 'The lysosome: From waste bag to potential therapeutic target'// Journal of Molecular Cell Biology. 2013. 5(4). pp. 214-226. doi: 10.1093/jmcb/mjt022.

6. Asano T., Igarashi H., Ishizuka T. and Yawo H. 'Organelle optogenetics: Direct manipulation of intracellular Ca2+ dynamics by light'// Frontiers in Neuroscience. 2018. 12(AUG). pp. 1-8. doi: 10.3389/fnins.2018.00561.

7. Ballabio A. and Bonifacino J. S. 'Lysosomes as dynamic regulators of cell and organismal homeostasis'// Nature Reviews Molecular Cell Biology 2019 21:2. 2019. 21(2). pp. 101-118. doi: 10.1038/s41580-019-0185-4.

8. Barykina N. V, Sotskov V. P., Gruzdeva A. M., Wu Y. K., Portugues R., Subach O. M., Chefanova E. S., Plusnin V. V, Ivashkina O. I., Anokhin K. V, Vlaskina A. V, Korzhenevskiy D. A., Nikolaeva A. Y., Boyko K. M., Rakitina T. V and Varizhuk A. M. 'FGCaMP7 , an Improved Version of Fungi-Based Ratiometric Calcium Indicator for In Vivo Visualization of Neuronal Activity'// Int. J. Mol. Sci. 2020. 21(3012). pp. 1-33.

9. Bauer M. F., Hofmann S., Neupert W. and Brunner M. 'Protein translocation into

mitochondria: The role of TIM complexes'// Trends in Cell Biology. 2000. 10(1). pp. 25-31. doi: 10.1016/S0962-8924(99)01684-0.

10. Baumgartner H. K., Gerasimenko J. V., Thorne C., Ferdek P., Pozzan T., Tepikin A. V., Petersen O. H., Sutton R., Watson A. J. M. and Gerasimenko O. V. 'Calcium elevation in mitochondria is the main Ca2+ requirement for mitochondrial permeability transition pore (mPTP) opening'// Journal of Biological Chemistry. 2009. 284(31). pp. 20796-20803. doi: 10.1074/jbc.M109.025353.

11. Berndt A., Lee S. Y., Wietek J., Ramakrishnan C., Steinberg E. E., Rashid A. J., Kim H., Park S., Santoro A., Frankland P. W., Iyer S. M., Pak S., Ährlund-Richter S., Delp S. L., Malenka R. C., Josselyn S. A., Carlen M., et al. 'Structural foundations of optogenetics: Determinants of channelrhodopsin ion selectivity'// Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2016. 113(4). pp. 822-829. doi: 10.1073/pnas.1523341113.

12. Berry B. J., Trewin A. J., Milliken A. S., Baldzizhar A., Amitrano A. M., Kim M. and Wojtovich A. P. 'Controlling the Mitochondrial Protonmotive Force with Light to Impact Cellular Stress Resistance'// bioRxi v. 2019. p. 742536. doi: 10.1101/742536.

13. Berry B. J., Trewin A. J., Milliken A. S., Baldzizhar A., Amitrano A. M., Lim Y., Kim M. and Wojtovich A. P. 'Optogenetic control of mitochondrial protonmotive force to impact cellular stress resistance'// EMBO repo rts. 2020. 21(4). pp. 1-14. doi: 10.15252/embr.201949113.

14. Berry B. J., Vodickova A., Müller-eigner A., Meng C., Ludwig C., Kaeberlein M., Peleg S. and Wojtovich A. P. 'Optogenetic rejuvenation of mitochondrial membrane potential extends C . elegans lifespan'// Nature aging. 2023. 3(February). pp. 157161. doi: 10.1038/s43587-022-00340-7.

15. Berry B. J. and Wojtovich A. P. 'Mitochondrial light switches: optogenetic approaches to control metabolism'// FEBS Journal. 2020. 287(21). pp. 4544-4556. doi: 10.1111/febs.15424.

16. Bethge P., Carta S., Lorenzo D. A., Egolf L., Goniotaki D., Madisen L., Voigt F. F., Chen J. L., Schneider B., Ohkura M., Nakai J., Zeng H., Aguzzi A. and Helmchen F.

'An R-CaMP1.07 reporter mouse for cell-type-specific expression of a sensitive red fluorescent calcium indicator'// PLoS ONE. 2017. 12(6). pp. 1-19. doi: 10.1371/journal.pone.0179460.

17. Blanchet L., Grefte S., Smeitink J. A. M., Willems P. H. G. M. and Koopman W. J. H. 'Photo-induction and automated quantification of reversible mitochondrial permeability transition pore opening in primary mouse myotubes'// PLoS ONE. 2014. 9(11). doi: 10.1371/journal.pone.0114090.

18. Boeuf D., Audic S., Brillet-Guéguen L., Caron C. and Jeanthon C. 'MicRhoDE: a curated database for the analysis of microbial rhodopsin diversity and evolution'// Database. 2015. 2015. doi: 10.1093/DATABASE/BAV080.

19. Boya P. and Kroemer G. 'Lysosomal membrane permeabilization in cell death'// Oncogene. 2008. 27(50). pp. 6434-6451. doi: 10.1038/onc.2008.310.

20. Boyden E. S., Zhang F., Bamberg E., Nagel G. and Deisseroth K. 'Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity'// Nature Neuroscience. 2005. 8(9). pp. 1263-1268. doi: 10.1038/nn1525.

21. Boyden E. S. 'A history of optogenetics: the development of tools for controlling brain circuits with light'// F1000 Biology Reports. 2011. 3(1). p. 11. doi: 10.3410/B3-11.

22. Bratanov D., Kovalev K., Machtens J. P., Astashkin R., Chizhov I., Soloviov D., Volkov D., Polovinkin V., Zabelskii D., Mager T., Gushchin I., Rokitskaya T., Antonenko Y., Alekseev A., Shevchenko V., Yutin N., Rosselli R., et al. 'Unique structure and function of viral rhodopsins'// Nature Communications. 2019. 10(1). pp. 1-13. doi: 10.1038/s41467-019-12718-0.

23. Brauer D., Otto J. and Tu S. I. 'Selective Accumulation of the Fluorescent pH Indicator,BCECF, in Vacuoles of Maize Root-Hair Cells'// Journal of Plant Physiology. 1995. 145(1-2). pp. 57-61. doi: 10.1016/S0176-1617(11)81846-8.

24. Bruegmann T., Malan D., Hesse M., Beiert T., Fuegemann C. J., Fleischmann B. K. and Sasse P. 'Optogenetic control of heart muscle in vitro and in vivo'// Nature Methods. 2010. 7(11). pp. 897-900. doi: 10.1038/nmeth.1512.

25. Caffrey M. and Cherezov V. 'Crystallizing membrane proteins using lipidic mesophases'// Nature Protocols. 2009. 4(5). pp. 706-731. doi: 10.1038/nprot.2009.31.

26. Carreras-Sureda A., Pihan P. and Hetz C. 'Calcium signaling at the endoplasmic reticulum: fine-tuning stress responses'// Cell Calcium. 2018. 70. pp. 24-31.

27. Casey J. R., Grinstein S. and Orlowski J. 'Sensors and regulators of intracellular pH'// Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2010. 11(1). pp. 50-61. doi: 10.1038/nrm2820.

28. Chin M. Y., Patwardhan A. R., Ang K. H., Wang A. L., Alquezar C., Welch M., Nguyen P. T., Grabe M., Molofsky A. V., Arkin M. R. and Kao A. W. 'Genetically Encoded, pH-Sensitive mTFPl Biosensor for Probing Lysosomal pH'// ACS Sensors. 2021. 6(6). pp. 2168-2180. doi: 10.1021/acssensors.0c02318.

29. Chow B. Y., Han X., Dobry A. S., Qian X., Chuong A. S., Li M., Henninger M. A., Belfort G. M., Lin Y., Monahan P. E. and Boyden E. S. 'High-performance genetically targetable optical neural silencing by light-driven proton pumps'// Nature 2010 463:7277. 2010. 463(7277). pp. 98-102. doi: 10.1038/nature08652.

30. Deisseroth K. 'Optogenetics'// Nature Methods. 2011. 8(1). pp. 26-29. doi: 10.1038/nmeth.f.324.

31. Deisseroth K. 'Optogenetics: 10 years of microbial opsins in neuroscience'// Nature Neuroscience. 2015. 18(9). pp. 1213-1225. doi: 10.1038/nn.4091.

32. Deisseroth K. and Hegemann P. 'The form and function of channelrhodopsin'// Science. 2017. 357(6356). doi: 10.1126/science.aan5544.

33. Dieter A., Keppeler D. and Moser T. 'Towards the optical cochlear implant: optogenetic approaches for hearing restoration'// EMBO Molecular Medicine. 2020. 12(4). pp. 1-16. doi: 10.15252/emmm.201911618.

34. Donahue C. E. T., Siroky M. D. and White K. A. 'An Optogenetic Tool to Raise Intracellular pH in Single Cells and Drive Localized Membrane Dynamics'// Journal of the American Chemical Society. 2021. 143(45). pp. 18877-18887. doi: 10.1021/jacs.1c02156.

35. El-Gaby M., Zhang Y., Wolf K., Schwiening C. J., Paulsen O. and Shipton O. A. 'Archaerhodopsin Selectively and Reversibly Silences Synaptic Transmission through Altered pH'// Cell Reports. 2016. 16(8). pp. 2259-2268. doi: 10.1016/j.celrep.2016.07.057.

36. Emiliani V., Entcheva E., Hedrich R., Hegemann P., Konrad K. R., Lüscher C., Mahn M., Pan Z. H., Sims R. R., Vierock J. and Yizhar O. 'Optogenetics for light control of biological systems'// Nature Reviews Methods Primers. 2022. 2(1). doi: 10.1038/s43586-022-00136-4.

37. Engelhard C., Chizhov I., Siebert F. and Engelhard M. 'Microbial Halorhodopsins: Light-Driven Chloride Pumps'// Chemical Reviews. 2018. 118(21). pp. 1062910645. doi: 10.1021/acs.chemrev.7b00715.

38. Eria-Oliveira A. A., Folacci M. and Chassot A. A. Hijacking of internal calcium dynamics by intracellularly residing rhodopsins// bioRxiv. 2023.

39. Ermakova Y. G., Pak V. V., Bogdanova Y. A., Kotlobay A. A., Yampolsky I. V., Shokhina A. G., Panova A. S., Marygin R. A., Staroverov D. B., Bilan D. S., Sies H. and Belousov V. V. 'SypHer3s: A genetically encoded fluorescent ratiometric probe with enhanced brightness and an improved dynamic range'// Chemical Communications. 2018. 54(23). pp. 2898-2901. doi: 10.1039/c7cc08740c.

40. Ernst P., Xu N., Qu J., Chen H., Goldberg M. S., Darley-Usmar V., Zhang J. J., O'Rourke B., Liu X. and Zhou L. 'Precisely Control Mitochondria with Light to Manipulate Cell Fate Decision'// Biophysical Journal. 2019. 117(4). pp. 631-645. doi: 10.1016/j.bpj.2019.06.038.

41. Essen L. O. 'Halorhodopsin: light-driven ion pumping made simple?'// Current Opinion in Structural Biology. 2002. 12(4). pp. 516-522. doi: 10.1016/S0959-440X(02)00356-1.

42. Esteras N., Adjobo-Hermans M. J. W., Abramov A. Y. and Koopman W. J. H. 'Visualization of mitochondrial membrane potential in mammalian cells'// Methods in Cell Biology. 2020. 155. pp. 221-245. doi: 10.1016/bs.mcb.2019.10.003.

43. Evanko D. S. and Haydon P. G. 'Elimination of environmental sensitivity in a

cameleon FRET-based calcium sensor via replacement of the acceptor with Venus'// Cell Calcium. 2005. 37(4). pp. 341-348. doi: 10.1016/j.ceca.2004.04.008.

44. Fábián L., Mathesz A. and Dér A. 'New trends in biophotonics'// Acta Biologica Szegediensis. 2015. 59. pp. 189-202. Available at: http://abs.bibl.u-szeged.hu/index.php/abs/article/view/2848 (Accessed: 25 May 2022).

45. Filippin L., Abad M. C., Gastaldello S., Magalhaes P. J., Sandoná D. and Pozzan T. 'Improved strategies for the delivery of GFP-based Ca2+ sensors into the mitochondrial matrix'// Cell Calcium. 2005. 37(2). pp. 129-136. doi: 10.1016/j.ceca.2004.08.002.

46. Frantz C., Barreiro G., Dominguez L., Chen X., Eddy R., Condeelis J., Kelly M. J. S., Jacobson M. P. and Barber D. L. 'Cofilin is a pH sensor for actin free barbed end formation: role of phosphoinositide binding'// Journal of Cell Biology. 2008. 183(5). pp. 865-879. doi: 10.1083/jcb.200804161.

47. Friedman J. R. and Nunnari J. 'Mitochondrial form and function'// Nature. 2014. 505(7483). pp. 335-343. doi: 10.1038/nature12985.

48. Garita-Hernandez M., Guibbal L., Toualbi L., Routet F., Chaffiol A., Winckler C., Harinquet M., Robert C., Fouquet S., Bellow S., Sahel J. A., Goureau O., Duebel J. and Dalkara D. 'Optogenetic light sensors in human retinal organoids'// Frontiers in Neuroscience. 2018. 12(NOV). p. 789. doi: 10.3389/FNINS.2018.00789/BIBTEX.

49. Gilleron J., Gerdes J. M. and Zeigerer A. 'Metabolic regulation through the endosomal system'// Traffic. 2019. 20(8). pp. 552-570. doi: 10.1111/tra.12670.

50. Goldie K. N., Abeyrathne P., Kebbel F., Chami M., Ringler P. and Stahlberg H. 'Cryo-electron Microscopy of Membrane Proteins'// Methods in Molecular Biology. 2014. 1117. pp. 325-341. doi: 10.1007/978-1-62703-776-1_15.

51. Gómez-Consarnau L., Akram N., Lindell K., Pedersen A., Neutze R., Milton D. L., González J. M. and Pinhassi J. 'Proteorhodopsin Phototrophy Promotes Survival of Marine Bacteria during Starvation'// PLOS Biology. 2010. 8(4). p. e1000358. doi: 10.1371/J0URNAL.PBI0.1000358.

52. Gong X., Mendoza-Halliday D., Ting J. T., Kaiser T., Sun X., Bastos A. M., Wimmer

R. D., Guo B., Chen Q., Zhou Y., Pruner M., Wu C. W. H., Park D., Deisseroth K., Barak B., Boyden E. S., Miller E. K., et al. 'An Ultra-Sensitive Step-Function Opsin for Minimally Invasive Optogenetic Stimulation in Mice and Macaques'// Neuron. 2020. 107(1). pp. 38-51.e8. doi: 10.1016/j.neuron.2020.03.032.

53. Gordeliy V., Kovalev K., Bamberg, E. Rodriguez-Valera F., Zinovev E., Zabelskii D., Alekseev A., Rosselli R., Gushchin I. and Okhrimenko I. 'Microbial Rhodopsins'// in Rhodopsin. 2022.

54. Gordeliy V. I., Labahn J., Moukhametzianov R., Efremov R., Granzin J., Schlesinger R., Büldt G., Savopol T., Scheidig A. J., Klare J. P. and Engelhard M. 'Molecular basis of transmembrane signalling by sensory rhodopsin II-transducer complex'// Nature. 2002. 419(6906). pp. 484-487. doi: 10.1038/nature01109.

55. Gourine A. V., Kasymov V., Marina N., Tang F., Figueiredo M. F., Lane S., Teschemacher A. G., Spyer K. M., Deisseroth K. and Kasparov S. 'Astrocytes control breathing through pH-dependent release of ATP'// Science. 2010. 329(5991). pp. 571-575. doi: 10.1126/science.1190721.

56. Govorunova E. G., Sineshchekov O. A., Janz R., Liu X. and Spudich J. L. 'Natural light-gated anion channels: A family of microbial rhodopsins for advanced optogenetics'// Science. 2015. 349(6248). pp. 647-650. doi: 10.1126/science. aaa7484.

57. Govorunova E. G., Sineshchekov O. A., Li H. and Spudich J. L. 'Microbial Rhodopsins: Diversity, Mechanisms, and Optogenetic Applications'// Annual Review of Biochemistry. 2017. 86(1). pp. 845-872. doi: 10.1146/annurev-biochem-101910-144233.

58. Gradinaru V., Zhang F., Ramakrishnan C., Mattis J., Prakash R., Diester I., Goshen I., Thompson K. R. and Deisseroth K. 'Molecular and Cellular Approaches for Diversifying and Extending Optogenetics'// Cell. 2010. 141(1). pp. 154-165. doi: 10.1016/J.CELL.2010.02.037.

59. Gradinaru V., Thompson K. R. and Deisseroth K. 'eNpHR: A Natronomonas halorhodopsin enhanced for optogenetic applications'// Brain Cell Biology. 2008.

36(1-4). pp. 129-139. doi: 10.1007/s11068-008-9027-6.

60. Graf S. A., Haigh S. E., Corson E. D. and Shirihai O. S. 'Targeting, import and dimerization of a mammalian mitochondrial ATP binding cassette (ABC) transporter, ABCB10 (ABC-me)'// Journal of Biological Chemistry. 2004. 279(41). pp. 4295442963. doi: 10.1074/jbc.M405040200.

61. Greotti E. and Pozzan T. 'Live Mitochondrial or Cytosolic Calcium Imaging Using Genetically-encoded Cameleon Indicator in Mammalian Cells'// Bio-Protocol. 2020. 10(3). pp. 1-28. doi: 10.21769/bioprotoc.3504.

62. Grimm C., Silapetere A., Vogt A., Bernal Sierra Y. A. and Hegemann P. 'Electrical properties, substrate specificity and optogenetic potential of the engineered light-driven sodium pump eKR2'// Scientific Reports. 2018. 8(1). pp. 1-12. doi: 10.1038/s41598-018-27690-w.

63. Gushchin I. and Gordeliy V. 'Microbial Rhodopsins'// Membrane Protein Complexes: Structure and Function. 2018. 87. pp. 19-56. doi: 10.1007/978-981-10-7757-9_2.

64. Halestrap A. P. 'Calcium, mitochondria and reperfusion injury: A pore way to die'// Biochemical Society Transactions. 2006. 34(2). pp. 232-237. doi: 10.1042/BST20060232.

65. Hara K. Y., Wada T., Kino K., Asahi T. and Sawamura N. 'Construction of photoenergetic mitochondria in cultured mammalian'. 2013. pp. 1-4. doi: 10.1038/srep01635.

66. Henderson R. 'Structure of the purple membrane from Halobacterium halobium'// Biophysics of Structure and Mechanism. 1977. 3(2). p. 121. doi: 10.1007/BF00535804.

67. Hoffmann a, Hildebrandt V., Heberle J. and Büldt G. 'Photoactive mitochondria: in vivo transfer of a light-driven proton pump into the inner mitochondrial membrane of Schizosaccharomyces pombe.'// Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1994. 91(20). pp. 9367-71. doi: 10.1073/pnas.91.20.9367.

68. Hsieh C. W., Chu C. H., Lee H. M. and Yuan Yang W. 'Triggering mitophagy with far-red fluorescent photosensitizers'// Scientific Reports. 2015. 5. pp. 1-13. doi: 10.1038/srep10376.

69. Imai Y., Inoshita T., Meng H., Shiba-Fukushima K., Hara K. Y., Sawamura N. and Hattori N. 'Light-driven activation of mitochondrial proton-motive force improves motor behaviors in a Drosophila model of Parkinson's disease'// Communications Biology. 2019. 2(1). pp. 1-11. doi: 10.1038/s42003-019-0674-1.

70. Inoue K., Ito S., Kato Y., Nomura Y., Shibata M., Uchihashi T., Tsunoda S. P. and Kandori H. 'A natural light-driven inward proton pump'// Nature Communications 2016 7:1. 2016. 7(1). pp. 1-10. doi: 10.1038/ncomms13415.

71. Ishchenko A., Peng L., Zinovev E., Vlasov A., Lee S. C., Kuklin A., Mishin A., Borshchevskiy V., Zhang Q. and Cherezov V. 'Chemically Stable Lipids for Membrane Protein Crystallization'// Crystal Growth and Design. 2017. 17(6). pp. 3502-3511. doi: 10.1021/acs.cgd.7b00458.

72. John G. B., Shang Y., Li L., Renken C., Mannella C. A., Selker J. M. L., Rangell L., Bennett M. J. and Zha J. 'The Mitochondrial Inner Membrane Protein Mitofilin Controls Cristae Morphology'// Molecular Biology of the Cell. 2005. 16. pp. 15431554. doi: 10.1091/mbc.E04.

73. Kanehara K., Yoshizawa S., Tsukamoto T. and Sudo Y. 'A phylogenetically distinctive and extremely heat stable light-driven proton pump from the eubacterium Rubrobacter xylanophilus DSM'// Nature Publishing Group. 2017. (October 2016). pp. 1-11. doi: 10.1038/srep44427.

74. Kim I. and Lemasters J. J. 'Mitophagy selectively degrades individual damaged mitochondria after photoirradiation'// Antioxidants and Redox Signaling. 2011. 14(10). pp. 1919-1928. doi: 10.1089/ars.2010.3768.

75. Kirichok Y., Krapivinsky G. and Clapham D. 'The mitochondrial calcium uniporter is a highly selective ion channel'// Nature. 2004. 427. pp. 1874-1878.

76. Klapoetke N. C., Murata Y., Kim S. S., Pulver S. R., Birdsey-Benson A., Cho Y. K., Morimoto T. K., Chuong A. S., Carpenter E. J., Tian Z., Wang J., Xie Y., Yan Z.,

Zhang Y., Chow B. Y., Surek B., Melkonian M., et al. 'Independent optical excitation of distinct neural populations'// Nature Methods. 2014. 11(3). pp. 338-346. doi: 10.1038/nmeth.2836.

77. Klare J. P., Chizhov I. and Engelhard M. 'Microbial Rhodopsins: Scaffolds for Ion Pumps, Channels, and Sensors'// Results and Problems in Cell Differentiation. 2007. 45. pp. 73-122. doi: 10.1007/400_2007_041.

78. Kleinlogel S., Feldbauer K., Dempski R. E., Fotis H., Wood P. G., Bamann C. and Bamberg E. 'Ultra light-sensitive and fast neuronal activation with the Ca 2+-permeable channelrhodopsin CatCh'// Nature Neuroscience. 2011. 14(4). pp. 513518. doi: 10.1038/nn.2776.

79. Koch L. M., Birkeland E. S., Battaglioni S., Helle X., Meerang M., Hiltbrunner S., Ibanez A. J., Peter M., Curioni-Fontecedro A., Opitz I. and Dechant R. 'Cytosolic pH regulates proliferation and tumour growth by promoting expression of cyclin D1'// Nature Metabolism. 2020. 2(11). pp. 1212-1222. doi: 10.1038/s42255-020-00297-0.

80. Komilova N. R., Angelova P. R., Berezhnov A. V., Stelmashchuk O. A., Mirkhodjaev U. Z., Houlden H., Gourine A. V., Esteras N. and Abramov A. Y. 'Metabolically induced intracellular pH changes activate mitophagy, autophagy, and cell protection in familial forms of Parkinson's disease'// FEBS Journal. 2022. 289(3). pp. 699-711. doi: 10.1111/febs.16198.

81. Kovalev K., Volkov D., Astashkin R., Alekseev A., Gushchin I., Haro-Moreno J. M., Chizhov I., Siletsky S., Mamedov M., Rogachev A., Balandin T., Borshchevskiy V., Popov A., Bourenkov G., Bamberg E., Rodriguez-Valera F., Büldt G., et al. 'Highresolution structural insights into the heliorhodopsin family'// Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2020. 117(8). pp. 4131-4141. doi: 10.1073/PNAS.1915888117.

82. Kovalev Kirill, Astashkin R., Gushchin I., Orekhov P., Volkov D., Zinovev E., Marin E., Rulev M., Alekseev A., Royant A., Carpentier P., Vaganova S., Zabelskii D., Baeken C., Sergeev I., Balandin T., Bourenkov G., et al. 'Molecular mechanism of light-driven sodium pumping'// Nature Communications. 2020. 11(1). pp. 1-11. doi:

10.1038/s41467-020-16032-y.

83. Kumar A., Matta S. K., Vigneshwaran R. and D'Silva P. 'A journey through the gateway of polytopic inner membrane proteins: The carrier translocase machinery'// Current Opinion in Physiology. 2022. 26. p. 100533. doi: 10.1016/j.cophys.2022.100533.

84. Kunwar P. S., Zelikowsky M., Remedios R., Cai H., Yilmaz M., Meister M. and Anderson D. J. 'Ventromedial hypothalamic neurons control a defensive emotion state'// eLife. 2015. 2015(4). pp. 1-30. doi: 10.7554/eLife.06633.

85. Lehtinen K., Nokia M. S. and Takala H. 'Red Light Optogenetics in Neuroscience'// Frontiers in Cellular Neuroscience. 2022. 15(January). pp. 1-20. doi: 10.3389/fncel.2021.778900.

86. Liu A., Huang X., He W., Xue F., Yang Y., Liu J., Chen L., Yuan L. and Xu P. 'pHmScarlet is a pH-sensitive red fluorescent protein to monitor exocytosis docking and fusion steps'// Nature Communications. 2021. 12(1). pp. 1-12. doi: 10.1038/s41467-021-21666-7.

87. Luck M., Mathes T., Bruun S., Fudim R., Hagedorn R., Nguyen T. M. T., Kateriya S., Kennis J. T. M., Hildebrandt P. and Hegemann P. 'A photochromic histidine kinase rhodopsin (HKR1) that is bimodally switched by ultraviolet and blue light'// Journal of Biological Chemistry. 2012. 287(47). pp. 40083-40090. doi: 10.1074/jbc.M112.401604.

88. Maclaurin D., Venkatachalam V., Lee H. and Cohen A. E. 'Mechanism of voltage -sensitive fluorescence in a microbial rhodopsin'// Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2013. 110(15). pp. 5939-5944. doi: 10.1073/pnas.1215595110.

89. Maliar N., Okhrimenko I. S., Petrovskaya L. E., Alekseev A. A. and Kovalev K. V 'Novel pH-Sensitive Microbial Rhodopsin from Sphingomonas paucimobilis'. 2020. 495. pp. 658-662. doi: 10.1134/S1607672920060162.

90. McIsaac R. S., Engqvist M. K. M., Wannier T., Rosenthal A. Z., Herwig L., Flytzanis N. C., Imasheva E. S., Lanyi J. K., Balashov S. P., Gradinaru V. and Arnold F. H.

'Directed evolution of a far-red fluorescent rhodopsin'// Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2014. 111(36). pp. 1303413039. doi: 10.1073/pnas.1413987111.

91. Mirzayi P., Shobeiri P., Kalantari A., Perry G. and Rezaei N. 'Optogenetics: implications for Alzheimer's disease research and therapy'// Molecular Brain. 2022. 15(1). pp. 1-14. doi: 10.1186/S13041-022-00905-Y/FIGURES/2.

92. Misra R., Hirshfeld A. and Sheves M. 'Molecular mechanism for thermal denaturation of thermophilic rhodopsin'// Chemical Science. 2019. 10(31). pp. 73657374. doi: 10.1039/c9sc00855a.

93. Murugova T. N., Ivankov O. I., Ryzhykau Y. L., Soloviov D. V., Kovalev K. V., Skachkova D. V., Round A., Baeken C., Ishchenko A. V., Volkov O. A., Rogachev A. V., Vlasov A. V., Kuklin A. I. and Gordeliy V. I. 'Mechanisms of membrane protein crystallization in "bicelles"'// Scientific Reports. 2022. 12(1). pp. 1-17. doi: 10.1038/s41598-022-13945-0.

94. Nakai J., Ohkura M. and Imoto K. 'A high signal-to-noise Ca2+ probe composed of a single green fluorescent protein'// NAT URE BIOTECHNOLOGY. 2001. 19. pp. 137-141. doi: 10.1016/s0091-679x(02)70014-9.

95. Nakao S., Kojima K. and Sudo Y. 'Phototriggered Apoptotic Cell Death (PTA) Using the Light-Driven Outward Proton Pump Rhodopsin Archaerhodopsin-3'// Journal of the American Chemical Society. 2022. 144(9). pp. 3771-3775. doi: 10.1021/jacs.1c12608.

96. Neuberger A., Nadezhdin K. D. and Sobolevsky A. I. 'Structural mechanisms of TRPV6 inhibition by ruthenium red and econazole'// Nature Communications. 2021. 12(1). pp. 1-10. doi: 10.1038/s41467-021-26608-x.

97. Nikolaev M., Round E., Gushchin I., Polovinkin V., Balandin T., Kuzmichev P., Shevchenko V., Borshchevskiy V., Kuklin A., Round A., Bernhard F., Willbold D., Büldt G. and Gordeliy V. 'Integral Membrane Proteins Can Be Crystallized Direc tly from Nanodiscs'// Crystal Growth and Design. 2017. 17(3). pp. 945-948. doi: 10.1021/acs.cgd.6b01631.

98. Oginuma M., Harima Y., Tarazona O. A., Diaz-Cuadros M., Michaut A., Ishitani T., Xiong F. and Pourquié O. 'Intracellular pH controls WNT downstream of glycolysis in amniote embryos'// Nature. 2020. 584(7819). pp. 98-101. doi: 10.1038/s41586-020-2428-0.

99. Oka Y., Ye M. and Zuker C. S. 'Thirst driving and suppressing signals encoded by distinct neural populations in the brain'// Nature. 2015. 520(7547). pp. 349-352. doi: 10.1038/nature14108.

100.Okhrimenko I. S., Kovalev K., Petrovskaya L. E., Ilyinsky N. S., Alekseev A. A., Marin E., Rokitskaya T. I., Antonenko Y. N., Siletsky S. A., Popov P. A., Zagryadskaya Y. A., Soloviov D. V, Chizhov I. V, Zabelskii D. V, Ryzhykau Y. L., Vlasov A. V, Kuklin A. I., et al. 'Mirror proteorhodopsins'// Communications Chemistry. 2023. 6(88). pp. 1-16. doi: 10.1038/s42004-023-00884-8.

101.Osterhelt D. and Stoeckenius W. 'Rhodopsin-like Protein from the Purple Membrane of Halobacterium halobium'// NATURE NEW BIOLOGY. 1971. 233. pp. 149-152.

102.Pedraza-Gonzalez L., Barneschi L., Padula D., De Vico L. and Olivucci M. 'Evolution of the Automatic Rhodopsin Modeling (ARM) Protocol'// Topics in Current Chemistry. 2022. 380(3). doi: 10.1007/s41061-022-00374-w.

103.Pfanner N. 'Protein sorting: Recognizing mitochondrial presequences'. 2000. pp. 412-415.

104.Pfanner N., Warscheid B. and Wiedemann N. 'Mitochondrial proteins: from biogenesis to functional networks'// Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2019. 20(5). pp. 267-284. doi: 10.1038/s41580-018-0092-0.

105.Platt F. M., d'Azzo A., Davidson B. L., Neufeld E. F. and Tifft C. J. 'Lysosomal storage diseases'// Nature Reviews Disease Primers 2018 4:1. 2018. 4(1). pp. 1-25. doi: 10.1038/s41572-018-0025-4.

106.Poburko D., Santo-Domingo J. and Demaurex N. 'Dynamic regulation of the mitochondrial proton gradient during cytosolic calcium elevations'// Journal of Biological Chemistry. 2011. 286(13). pp. 11672-11684. doi: 10.1074/jbc.M110.159962.

107.Polovinkin V., Gushchin I., Sintsov M., Round E., Balandin T., Chervakov P., Schevchenko V., Utrobin P., Popov A., Borshchevskiy V., Mishin A., Kuklin A., Willbold D., Chupin V., Popot J. L. and Gordeliy V. 'High-Resolution Structure of a Membrane Protein Transferred from Amphipol to a Lipidic Mesophase'// The Journal of Membrane Biology 2014 247:9. 2014. 247(9). pp. 997-1004. doi: 10.1007/S00232-014-9700-X.

108.Racker E. and Stoeckenius W. 'Reconstitution of Purple Membrane Vesicles Catalyzing Light-driven Proton Uptake and Adenosine Triphosphate Formation'// Journal of Biological Chemistry. 1974. 249(2). pp. 662-663. doi: 10.1016/S0021-9258(19)43080-9.

109.Ramon E., Del Valle L. J. and Garriga P. 'Unusual thermal and conformational properties of the rhodopsin congenital night blindness mutant Thr-94 ^ Ile'// Journal of Biological Chemistry. 2003. 278(8). pp. 6427-6432. doi: 10.1074/jbc.M210929200.

110.Ridge K. D. and Palczewski K. 'Visual rhodopsin sees the light: Structure and mechanism of G protein signaling'// Journal of Biological Chemistry. 2007. 282(13). pp. 9297-9301. doi: 10.1074/jbc.R600032200.

111.Rodriguez-Valera F., Pushkarev A., Rosselli R. and Be ja O. 'Searching Metagenomes for New Rhodopsins'// in Rhodopsin. 2022. pp. 101-108.

112.Romero-Garcia S. and Prado-Garcia H. 'Mitochondrial calcium: Transport and modulation of cellular processes in homeostasis and cancer (Review)'// International Journal of Oncology. 2019. 54(4). pp. 1155-1167. doi: 10.3892/ijo.2019.4696.

113.Rossi A. E. and Dirksen R. T. 'Sarcoplasmic reticulum: The dynamic calcium governor of muscle'// Muscle and Nerve. 2006. 33(6). pp. 715-731. doi: 10.1002/mus.20512.

114.Rost B. R., Schneider F., Grauel M. K., Wozny C., G Bentz C., Blessing A., Rosenmund T., Jentsch T. J., Schmitz D., Hegemann P. and Rosenmund C. 'Optogenetic acidification of synaptic vesicles and lysosomes'// Nature Neuroscience. 2015. 18(12). pp. 1845-1852. doi: 10.1038/nn.4161.

115.Rost B. R., Schneider-Warme F., Schmitz D. and Hegemann P. 'Optogenetic Tools for Subcellular Applications in Neuroscience'// Neuron. 2017. 96(3). pp. 572-603. doi: 10.1016/J.NEURON.2017.09.047.

116.Roy D. S., Arons A., Mitchell T. I., Pignatelli M., Ryan T. J. and Tonegawa S. 'Memory retrieval by activating engram cells in mouse models of early Alzheimer's disease'// Nature. 2016. 531(7595). pp. 508-512. doi: 10.1038/nature17172.

117.Sahel J. A., Boulanger-Scemama E., Pagot C., Arleo A., Galluppi F., Martel J. N., Esposti S. D., Delaux A., de Saint Aubert J. B., de Montleau C., Gutman E., Audo I., Duebel J., Picaud S., Dalkara D., Blouin L., Taiel M., et al. 'Partial recovery of visual function in a blind patient after optogenetic therapy'// Nature Medicine. 2021. 27(7). pp. 1223-1229. doi: 10.1038/s41591-021-01351-4.

118.Santo-Domingo J. and Demaurex N. 'The renaissance of mitochondrial pH'// Journal of General Physiology. 2012. 139(6). pp. 415-423. doi: 10.1085/jgp.201110767.

119.Sasaki J. and Spudich J. L. 'Signal Transfer in Haloarchaeal Sensory Rhodopsin-Transducer Complexes'// Photochemistry and Photobiology. 2008. 84(4). pp. 863868. doi: 10.1111/J.1751-1097.2008.00314.X.

120.Scaduto R. C. and Grotyohann L. W. 'Measurement of mitochondrial membrane potential using fluorescent rhodamine derivatives'// Biophysical Journal. 1999. 76(1 I). pp. 469-477. doi: 10.1016/S0006-3495(99)77214-0.

121.Schwartz L., Peres S., Jolicoeur M. and da Veiga Moreira J. 'Cancer and Alzheimer's disease: intracellular pH scales the metabolic disorders'// Biogerontology. 2020. 21(6). pp. 683-694. doi: 10.1007/s10522-020-09888-6.

122.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., et al. 'Inward H+pump xenorhodopsin: Mechanism and alternative optogenetic approach'// Science Advances. 2017. 3(9). pp. 1-11. doi: 10.1126/sciadv.1603187.

123.Sineshchekov O. A., Jung K. H. and Spudich J. L. 'Two rhodopsins mediate phototaxis to low- and high-intensity light in Chlamydomonas reinhardtii'//

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2002. 99(13). pp. 8689-8694. doi: 10.1073/PNAS.122243399.

124. Solaini G., Sgarbi G., Lenaz G. and Baracca A. 'Evaluating mitochondrial membrane potential in cells'// Bioscience Reports. 2007. 27(1-3). pp. 11-21. doi: 10.1007/s10540-007-9033-4.

125.Stock C. and Schwab A. 'Protons make tumor cells move like clockwork'// Pflugers Archiv European Journal of Physiology. 2009. 458(5). pp. 981-992. doi: 10.1007/S00424-009-0677-8.

126.Tanida I., Ueno T. and Uchiyama Y. 'A super-ecliptic, phluorin-mkate2, tandem fluorescent protein-tagged human LC3 for the monitoring of mammalian autophagy'// PLoS ONE. 2014. 9(10). pp. 3-10. doi: 10.1371/journal.pone.0110600.

127.Thomas R. C. 'The plasma membrane calcium ATPase (PMCA) of neurones is electroneutral and exchanges 2H+ for each Ca2+ or Ba2+ ion extruded'// Journal of Physiology. 2009. 587(2). pp. 315-327. doi: 10.1113/jphysiol.2008.162453.

128.Tkatch T., Greotti E., Baranauskas G., Pendin D., Roy S., Nita L. I., Wettmarshausen J., Prigge M., Yizhar O., Shirihai O. S., Fishman D., Hershfinkel M., Fleidervish I. A., Perocchi F., Pozzan T. and Sekler I. 'Optogenetic control of mitochondrial metabolism & Ca2+ signaling by mitochondria-Targeted opsins'// Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2017. 114(26). pp. E5167-E5176. doi: 10.1073/pnas.1703623114.

129.Tsybrov F, Alekseev A, Shevchenko V G. V 'New inward H+ pumps xenorhodopsins'// J Bioenerg Biomembr. 2018. 50(October). p. 593.

130.Voeltz G. K., Rolls M. M. and Rapoport T. A. 'Structural organization of the endoplasmic reticulum'// EMBO Reports. 2002. 3(10). pp. 944-950. doi: 10.1093/embo-reports/kvf202.

131. Webb B. A., Chimenti M., Jacobson M. P. and Barber D. L. 'Dysregu lated pH: A perfect storm for cancer progression'// Nature Reviews Cancer. 2011. 11(9). pp. 671677. doi: 10.1038/nrc3110.

132.Wen L., Wang H., Tanimoto S., Egawa R., Matsuzaka Y., Mushiake H., Ishizuka T.

and Yawo H. 'Opto-current-clamp actuation of cortical neurons using a strategically designed channelrhodopsin'// PLoS ONE. 2010. 5(9). doi: 10.1371/journal.pone.0012893.

133.Wu J., Prole D. L., Shen Y., Lin Z., Gnanasekaran A., Liu Y., Chen L., Zhou H., Chen S. R. W., Usachev Y. M., Taylor C. W. and Campbell R. E. 'Red fluorescent genetically encoded Ca2+ indicators for use in mitochondria and endoplasmic reticulum'// Biochemical Journal. 2014. 464(1). pp. 13-22. doi: 10.1042/BJ20140931.

134.Wu Z., Autry A. E., Bergan J. F., Watabe-Uchida M. and Dulac C. G. 'Galanin neurons in the medial preoptic area govern parental behaviour'// Nature. 2014. 509(7500). pp. 325-330. doi: 10.1038/nature13307.

135.Yoshida T., Alfaqaan S., Sasaoka N. and Imamura H. 'Application of FRET -based biosensor "ATeam" for visualization of ATP levels in the mitochondrial matrix of living mammalian cells'// Methods in Molecular Biology. 2017. 1567. pp. 231-243. doi: 10.1007/978-1-4939-6824-4_14.

136. Yutin N. and Koonin E. V. 'Proteorhodopsin genes in giant viruses'// Biology Direct. 2012. 7(1). pp. 1-6. doi: 10.1186/1745-6150-7-34/FIGURES/2.

137.Zabelskii D., Alekseev A., Kovalev K., Rankovic V., Balandin T., Soloviov D., Bratanov D., Savelyeva E., Podolyak E., Volkov D., Vaganova S., Astashkin R., Chizhov I., Yutin N., Rulev M., Popov A., Eria-Oliveira A. S., et al. 'Viral rhodopsins 1 are an unique family of light-gated cation channels'// Nature Communications. 2020. 11(1). pp. 1-16. doi: 10.1038/s41467-020-19457-7.

138.Zhang F., Wang L., Brauner M., Liewald J. F., Kay K., Watzke N., Wood P. G., Bamberg E., Nagel G., Gottschalk A. and Deisseroth K. 'Multimodal fast optical interrogation of neural circuitry'// Nature. 2007. 446(5). pp. 633-641. doi: 10.1038/nature05744.

139.Zhao S., Cunha C., Zhang F., Liu Q., Gloss B., Deisseroth K., Augustine G. J. and Feng G. 'Improved expression of halorhodopsin for light-induced silencing of neuronal activity'// Brain Cell Biology. 2008. 36(1-4). pp. 141-154. doi:

10.1007/s11068-008-9034-7.

140.Zhao Y., Araki S., Wu J., Teramoto T., Chang Y. F., Nakano M., Abdelfattah A. S., Fujiwara M., Ishihara T., Nagai T. and Campbell R. E. 'An expanded palette of genetically encoded Ca2+ indicators'// Science. 2011. 333(6051). pp. 1888-1891. doi: 10.1126/science.1208592.

141.Островский М. А. 'Молекулярная Физиология Зрительного Пигмента Родопсина: Актуальные Направления'// Российский Физиологический Журнал Им И М Сеченова. 2020. 106(4). pp. 401-420. doi: 10.31857/s0869813920040056.

142. Островский М. А. and Кирпичников М. П. 'Перспективы Оптогенетического Протезирования Дегенеративной Сетчатки Глаза'// Биохимия. 2019. 84(5). pp. 634-647. doi: 10.1134/s0320972519050038.