UV-sansende protein i hjernen i et marine annelid zooplankton

Forskere ved Institut for Molekylær Videnskab rapporterede, at et fotoreceptivt protein udtrykt i hjernen et marine annelid zooplankton ( Platynereis dumerilii ) er UV-følsom. Dette arbejde blev udført som et samarbejde mellem Dr. Hisao Tsukamoto og Yuji Furutani (Institut for Molecular Science) med Drs. Yoshihiro Kubo og I-Shan Chen (Det Nationale Institut for Fysiologiske Videnskaber). Denne undersøgelse blev offentliggjort online i Journal of Biological Chemistry den 16. juni, 2017.

De fleste dyr bruger eksterne lyssignaler til syn og "ikke-visuelle" fotoreceptive funktioner, såsom regulering af cirkadisk adfærd. I nogle tilfælde, fotoreceptorceller uden for øjnene er involveret i ikke-visuel fotoreception. Tidligere undersøgelser har vist, at larver af annelid Platynereis dumerilii (marin ragworm), som studeres som en zooplanktonmodel, har fotoreceptorceller i hjernen, og cellerne regulerer cirkadisk svømmeadfærd. Interessant nok, hjernens fotoreceptorceller i Platynereis udtrykker en opsin, der er tæt beslægtet med visuelle pigmenter i vores visuelle fotoreceptorceller (stav og kegle). Zooplankton viser en synkroniseret cirkadisk bevægelse kendt som diel vertikal migration (DVM), bevæger sig opad i vandet om natten og nedad om dagen. DVM er sandsynligvis den største daglige bevægelse af biomasse, sammenlignes med menneskelig pendling. Da en væsentlig årsag til DVM er at undgå skadelig UV (ultraviolet) bestråling, lysafhængig DVM-regulering via hjernens fotoreceptorceller blev foreslået.

Denne undersøgelse viste, at Platynereis opsin kan modtage og transmittere UV-signaler. I modsætning til hvirveldyrs visuelle opsyn, opsinet kan direkte binde eksogent all-trans-retinal. Dette tyder på, at opsinet gør det muligt for hjernens fotoreceptorceller at detektere UV-signaler, selv uden tilførsel af 11-cis-retinal, som er specielt produceret i øjne. Mutageneseanalyser identificerede, at en enkelt aminosyrerest er ansvarlig for ikke kun UV-sansning, men også direkte binding af eksogene transretinale. Dermed, den enkelte rest er afgørende for, at opsinet kan opnå de egenskaber, der er egnede til UV-modtagelse i hjernen. Taget sammen, opsinet besidder ideelle egenskaber, der gør det muligt for hjernens fotoreceptorceller i Platynereis at fornemme omgivende UV-signaler.

Som opsummeret ovenfor, denne undersøgelse afslørede det molekylære grundlag for opsinet til at fungere som en UV-sensor i hjernen af ​​zooplanktonmodellen. Da detektion af omgivende UV-signaler burde være nødvendigt for DVM, opsinets molekylære egenskaber er nyttige til at forstå fysiologien, økologi og udvikling af zooplanktonarter.