Эволюция зрения: новые функции опсинов у плодовых мушек
Исследователи из Гёттингенского университета и их международные коллеги обнаружили, что белки опсины, ключевые для зрения, выполняют и другие, не связанные со светом функции. Это открытие меняет представления об эволюции зрительной системы. Работа опубликована в Current Biology.
Зрение и слух: неожиданная связь
- Зрение основано на работе родопсинов — комплексов белков опсинов с малыми молекулами ретиналя (производного витамина А). Под действием света ретиналь меняет структуру, запуская зрительный сигнал. Без ретиналя фоторецепторы гибнут.
- У плодовой мушки Drosophila опсины, обеспечивающие зрение, также присутствуют в органе слуха. Учёные задались вопросом: чувствительны ли эти слуховые рецепторы к свету?
Эксперименты показали новую функцию
Исследователи выяснили, что ухо мушки не функционирует как глаз. Вместо этого они обнаружили совершенно новую функцию опсинов, не зависящую от ретиналя и зрения.
Для этого они провели серию экспериментов, лишив Drosophila витамина А и, следовательно, ретиналя:
- Исключили витамин А из диеты.
- Заблокировали транспортный белок, отвечающий за усвоение витамина А клетками кишечника.
- Заблокировали фермент, превращающий витамин А в ретиналь.
Мухи стали слепыми, но не оглохли.
Затем, совместно с коллегами из США, учёные модифицировали опсины так, чтобы они не могли связываться с ретиналем. Как и ожидалось, мухи ослепли, но их слух остался в норме. Это доказало, что для слуха мушкам необходимы опсины, но не ретиналь.
Сюрприз: ферменты цикла ретиналя тоже важны для слуха
Наибольшее удивление вызвало обнаружение в ухе мушки всех ферментов, которые в глазу отвечают за рециклинг светоактивированного ретиналя обратно в светочувствительную форму. Эти ферменты оказались необходимы для слуха, хотя слух работает без ретиналя.
Таким образом, не только опсины, но и все ферменты цикла ретиналя имеют другие важные биологические функции, не связанные со зрением.
Эволюционные последствия
"С эволюционной точки зрения это поразительно", — объясняет первый автор работы доктор Радослав Катана. — "Рецепторные клетки для зрения и слуха произошли от общих клеток-предков, которые, по-видимому, использовали опсины и ферменты ретиналя ещё до того, как стало возможным зрение и слух. Это верно и для позвоночных: опсины встречаются в механорецепторных клетках, а многие ферменты ретиналя остались практически неизменными в ходе эволюции и также участвуют в слухе человека".
"Цикл ретиналя в глазу — наиболее тщательно изученная биологическая сигнальная цепь, — отмечает профессор Мартин Гёпферт. — Теперь выясняется, что её молекулярные компоненты изначально не имели никакого отношения к глазу или свету. Это революционизирует наше понимание ранней эволюции зрения".