海洋鬃毛虫如何利用特殊蛋白质来区分阳光和月光

在《自然通讯》最近发表的一篇文章中，美因茨约翰内斯·古腾堡大学 (JGU)、科隆大学和奥尔登堡大学的联合研究小组展示了他们关于非典型隐花色素蛋白 (Cry) 功能的发现。这些蛋白质存在于多种生物体中，并且通常参与光控制的生物过程。例如，海洋刚毛虫 Platynereis dumerilii使用一种名为 L-Cry 的特殊 Cry 蛋白来区分阳光和月光以及不同的月相。这对于蠕虫通过内部月历(也称为周月钟)将其繁殖与满月相同步至关重要。科隆的研究人员利用他们大学的冷冻电子显微镜平台，在不同的光照条件下可视化了 L-Cry 蛋白的三维结构。这些结构分析的结果以及主要在美因茨大学进行的生化研究的结果表明，在黑暗中，L-Cry 采用所谓的二聚体排列，由两个通过稳定连接连接的亚基组成，而在强烈的阳光下 -就像照明一样，它分解成子单元或单体。

这不仅是两个亚基在黑暗中的空间排列不同寻常，而且对应于以前在其他 Cry 蛋白中未观察到的排列。光诱导变化的方向也是不寻常的，因为对于其他 Cry 蛋白，仅描述了相反的过程，即从黑暗中的单体排列到光中的二聚体或更高的寡聚体排列。研究小组还确定了蛋白质的主要结构特征，这些特征对于这种不寻常的行为很重要。此外，对三维结构的了解使研究人员能够在 L-Cry 蛋白中引入靶向突变，以进一步表征其作为光感受器的功能。

“我们的研究结果可以解释 L-Cry 如何区分阳光和月光：强烈的阳光总是同时激活二聚体的两个亚基，从而引发其分解成单个亚基。然而，从统计数据来看，明显较弱的月光仅激活两个亚基之一”，美因茨大学领导这项研究的 JGU 分子生理学研究所的 Eva Wolf 教授解释道。研究结果凸显了 L-Cry 在高度多样化的 Cry 蛋白中的独特性及其广泛的功能。例如，它们也被认为是鸟类感知地球磁场的传感器蛋白。

解码昼夜节律钟分子过程的第一步

“研究光敏蛋白始终是一个挑战，”Eva Wolf 教授领导的 JGU 研究小组的博士生、该研究的主要贡献者 Hong Ha Vu 说。“在准备用于分析的 L-Cry 蛋白时，我们需要在黑暗中或在特定定义的红光条件下进行所有实验过程，以防止这些对光非常敏感的蛋白意外预激活。对于 L-Cry 蛋白的功能表征哭泣，还需要使用类似于水下自然阳光和月光照明的照明条件，就像刚毛虫在自然栖息地遇到的那样。只有这样，我们才能比较L-Cry作为阳光和月光的具体特性。月光受体与其他隐花色素的受体。”

伊娃·沃尔夫教授补充道：“我们的研究为这种最不寻常的阳光和月光受体的工作原理提供了重要的新见解。此外，我们对 L-Cry 功能的结构和分子机制的见解开辟了未来的研究途径，应该可以帮助我们更好地进行研究。”了解与周月钟与月相同步有关的仍然很大程度上未知的分子过程。

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