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科学家在绿藻中发现了一种不寻常的新型光传感器

就像陆地植物一样,藻类利用阳光作为能源。许多绿藻在水中活跃;他们可以接近光线或远离光线。为此,他们使用特殊的传感器(光感受器)来感知光线。

对这些光传感器的长达数十年的搜索在2002年取得了首次成功:Georg Nagel,当时在法兰克福的Max-Planck生物物理研究所,以及合作者发现并描述了藻类中两种所谓的通道视紫红质。这些离子通道吸收光,然后打开并传输离子。它们以人类和动物的视色素,视紫红质命名。

现在已知藻类中的第三个“眼睛”:研究人员发现了一种具有意想不到的特性的新型光传感器。Armin Hallmann教授(比勒费尔德大学)和Georg Nagel教授(Julius-Maximilians-UniversitätWürzburg,JMU)的研究小组在BMC Biology期刊上报道了这一发现。

光减少了cGMP的产生

令人惊讶的是:新的感光器不是被光激活而是受到抑制。它是鸟苷酸环化酶,是合成重要信使cGMP的酶。当暴露在光线下时,cGMP的产生会严重减少,从而导致cGMP浓度降低 - 而这正是人眼中的视紫红质吸收光后所发生的情况。

新发现的传感器受光和ATP分子的调节。这种“双组分系统”在细菌中已经众所周知,但在较高的进化细胞中则不然。研究人员将新型光感受器命名为“Two Component Cyclase Opsin”,简称为2c-cyclop。他们在两种绿藻中发现它,在单细胞莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)以及多细胞沃尔沃克斯(Volvox carteri)中。

卵母细胞和藻类中显示的功能

“多年来一直有基因数据,我们可以从中得出结论,在绿藻中必须有比以前表征的更多的视紫红质,”Georg Nagel解释说。仅在莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)中,十二个蛋白质序列被分配给视蛋白,视蛋白是视紫红质的前体。

“到目前为止,没有人能够证明这些光传感器的功能,”Nagels的共同研究员Shiqiang Gao博士说。只有来自比勒费尔德和维尔茨堡的研究小组成功地做到了这一点:他们在蟾蜍非洲爪蟾的卵母细胞和球形藻类Volvox carteri中安装了新的视紫红质。在这两种情况下,都可以显示和表征其功能。

光遗传学的观点

作者认为2c-Cyclop光传感器为光遗传学提供了新的机会。利用这种方法,活体组织和生物体的活动可受到光信号的影响。通过光遗传学,细胞中的许多基本生物学过程已经被阐明。例如,它为帕金森病和其他神经系统疾病的机制提供了新的见解。她还为自闭症,精神分裂症,抑郁症或焦虑症等疾病带来了新的见解。

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