Механическая активация зрения: почему у мух самая быстрая зрительная реакция в животном мире

Исследование, опубликованное 12 октября в журнале Science, раскрывает механизм, лежащий в основе самой быстрой зрительной реакции в животном мире, обнаруженной у мух. Учёные из Кембриджского университета показали, что ключевую роль играет физическое сокращение фоторецепторов в ответ на свет.

Суть открытия

  • Традиционная модель предполагала, что ионные каналы в фоторецепторах активируются химическими мессенджерами (вторичными посредниками) после ферментативной реакции.
  • Новое открытие: фоторецепторы мух (микровиллярные клетки) физически сокращаются в ответ на свет. Это сокращение, измеренное с помощью атомно-силового микроскопа, происходит даже быстрее электрического ответа клетки.
  • Механизм: поглощение света родопсином активирует фермент фосфолипазу C (PLC), которая расщепляет мембранный липид PIP2. Это уменьшает площадь мембраны, повышает её натяжение и заставляет тысячи микровилл (трубчатых выростов) синхронно сокращаться.
  • Активация каналов: исследователи предполагают, что увеличение мембранного натяжения (наряду с изменением pH) напрямую, механически, открывает светочувствительные TRP-каналы, генерируя электрический сигнал для мозга.

Экспериментальные доказательства

  1. Замена нативных светочувствительных каналов на механочувствительные (активируемые натяжением мембраны) позволила фоторецепторам по-прежнему генерировать электрический ответ на свет.
  2. Растяжение или сжатие микровиллярной мембраны путём изменения осмотического давления мгновенно усиливало или подавляло открытие каналов в ответ на свет, как и предсказывала механическая гипотеза.

Значение работы

  • Новый принцип сигнализации: механический сигнал выступает в роли «второго посредника» внутри биохимического каскада, что является новой концепцией в клеточной сигнализации.
  • Объяснение скорости: механочувствительные каналы могут активироваться чрезвычайно быстро, что, вероятно, и стало эволюционным решением для сверхбыстрого зрения мух, способного отслеживать движение в 5 раз быстрее человеческого глаза.
  • Широкий контекст: TRP-каналы, впервые идентифицированные в глазу мухи, представляют собой большое семейство, играющее жизненно важную роль в организме человека. Их рассматривают как потенциальные терапевтические мишени при боли, гипертонии, раке, ревматоидном артрите и других патологиях.