一个国际研究人员团队首次使用Diamond Light Source的I24和B23光束线以空前的分辨率可视化了光敏感蛋白原型细菌视紫红质3(AR3)。该光感受器由死海中生长的一种生物哈洛单核菌表达，但因其在光遗传学实验中的应用而闻名，在光遗传学实验中，该感受器用于沉默单个神经元并检测细胞膜电压的变化。这些新结构为开发神经科学，细胞生物学及其他领域的新工具和方法学开辟了道路。

在今天发表于《自然通讯》上的论文中，研究小组报告了AR3基态的第一个结构。在这种状态下，蛋白质被配置为针对每个吸收的光子，将一个H +离子转运穿过细胞膜。该团队还能够使感光体以第二种构型结晶，这是AR3在长时间不存在光的情况下采用的脱敏状态。

牛津大学的通讯作者安东尼·沃茨教授说。“对于这些AR3结构，我们获得的极佳分辨率(基态为1.07Å)是迄今为止在Protein Data Bank中沉积的野生型膜蛋白的最高分辨率。这种质量使我们能够直接看到复杂的分布受体内部的水分子，并描述它们形成的复杂氢键网络的功能意义，这在许多生物分子中不仅是光感受器也很重要，AR3中的这些网络涉及与视网膜基团和氨基酸侧链的相互作用并且在本文中，我们展示了它们在蛋白质的基态和脱敏状态之间如何变化。”

联合第一作者Juan Francisco Bada Juarez博士解释了AR3蛋白的重要性;“过去十年中光遗传学的令人兴奋的发展引起了全世界科学家对AR3的强烈兴趣。该蛋白的突变体通常用于神经科学实验中，以选择性地沉默单个神经细胞，并检测跨膜电压的变化。但是， ，这些突变体是在不了解蛋白质本身结构的情况下进行设计的，我们的数据为结构生物学家和蛋白质工程师提供了AR3的“蓝图”，因此，我们可以预期新的光遗传学工具的开发将大大加速。 。”

国家物理实验室(NPL)的共同通讯作者Isabel Moraes博士补充说：

“非常高分辨率的衍射数据使我们能够详细观察感光器中几个关键氨基酸和单个水分子的运动自由度。由于我们所具有特征的复杂性，解决AR3结构具有极大的挑战性。可以分辨原子分辨率。蛋白质内的许多氨基酸侧链在一个以上的位置或方向上被解析，表明它们对蛋白质功能的重要性。了解这些基团的动力学是了解敏化和脱敏过程如何进行的关键地方。”

该团队解决了高分辨率的晶体结构，这对于理解蛋白质的工作原理至关重要。没有牛津郡迪科特附近的英国国家同步加速器“钻石光源”的最新微聚焦光束线，就不可能获得如此高质量的衍射数据。该团队与Diamond的几位专家紧密合作。

“由牛津和NPL团队开发的微晶非常适合I24光束线的能力。使用Diamond的DIALS软件开发小组开发的软件，我们能够合并来自多个晶体的衍射图像，以获得完整的数据集。精确的微焦点X射线传送和先进的数据分析使我们能够将最终结构的分辨率推向极限。” Diamond高级Beamline科学家Danny Axford博士说。

瓦茨教授总结说：“这是一项令人着迷的研究。很高兴与英国和世界各地的众多专家同事合作。 AR3具有两个重要的功能状态，但是获得的见解加深了我们对许多其他受体蛋白中敏化和脱敏过程如何发生的认识。”