Опсины - новый класс вкусовых рецепторов
Эволюция - ремесленник, а не инженер.
«Эволюция не производит новинки с нуля. Она работает с тем, что уже существует», - писал нобелевский лауреат Франсуа Жакоб в 1977 году, и современные биологи с этим согласны.
Показательный пример: команда ученых во главе с исследователями из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре обнаружила, что многочисленные белки опсины, известные десятилетия и необходимые для зрения, также функционируют как вкусовые рецепторы. Открытие, опубликованное в Current Biology, представляет независимую от света функцию для опсинов и поднимает вопросы о назначении этих белков в древних организмах.
На фото: Калифорнийский университет в Санта-Барбаре, США
«Это первый пример роли опсинов во вкусе и в любой форме химического ощущения», - сказал соавтор исследования, профессор молекулярной клеточной биологии и биологии развития Крейг Монтелл.
Родопсин
Ученые в конце 19 века обнаружили светочувствительную роль родопсина, который состоит из опсина, связанного с сетчаткой и с тех пор он стал наиболее изученным сенсорным рецептором. До недавнего времени считалось, что семейство белков родопсина участвует только в приеме света. Однако в 2011 году Монтелл и его коллеги обнаружили, что опсин позволяет плодовой мухе Drosophila melanogaster обнаруживать небольшие изменения температуры в пределах комфортного диапазона.
У животных есть много типов сенсорных белков, которые реагируют на раздражители из окружающей среды. Некоторые из них требуют сильного стимула, такого как сильная жара, чтобы активировать сенсоры. Родопсины способны реагировать на небольшие изменения или очень низкие уровни стимулов - например, в условиях очень слабого освещения - и затем инициировать молекулярный каскад, который усиливает сигнал, в конечном итоге активируя сенсорный ответ.
Канал TRPA1
Исследователи из лаборатории Монтелла использовали аристолоховую кислоту (Кирказон) - ядовитое горькое соединение, обнаруженное в некоторых растениях, - для изучения вкусовых рецепторов у плодовых мушек. Высокие концентрации этого горького химического вещества активируют вкусовые нейроны мушек, непосредственно открывая канал белка под названием TRPA1, который пропускает кальций и натрий в клетки. Это приводит к горькому вкусу, которого избегают животные. Мушки также избегают даже сильно разбавленной аристолоховой кислоты, которая не является достаточно сильным сигналом для непосредственного открытия каналов.
Монтелл и доктор Николь Ленг, которая недавно завершила свои исследования в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре, предположили, что молекулы опсины также могут быть использованы для обнаружения тонких химических сигналов с помощью процесса усиления сигнала.
Они предоставили мушкам выбор между обычным сахаром и сахаром с добавлением разбавленной аристолоховой кислоты. Неудивительно, что мухи отказались от сахара с добавлением горького химического вещества и съели чистый сахар.
Затем ученые вырастили плодовых мушек с мутациями, которые не позволили им синтезировать различные белки опсины. Они обнаружили, что мухи с дефектами в любом из трех типов опсинов не могут обнаружить небольшие концентрации кислоты, и съели почти равное количество сахара с добавлением горького соединения и чистого сахара. Однако животные-мутанты все еще были чувствительны к большим количествам горького соединения, которое они продолжали избегать. Согласно Монтеллу, большое количество горького химического вещества непосредственно активировало канал TRPA1, который все еще присутствовал у мух, пропуская опсины.
Роль опсинов
Исследования показали, что аристолоховая кислота активировала опсины. Подобно тому, как родопсины включаются при очень слабом освещении, химически активированные опсины затем инициируют молекулярный каскад, который усиливает слабые сигналы. Это позволило мухам обнаружить концентрации соединения, которые в противном случае были бы недостаточны для запуска ответа в их сенсорных нейронах.
«Родопсины были обнаружены еще в 1870-х годах. Поэтому обнаружение того факта, что опсины играют роль во вкусе через 150 лет, довольно захватывающе», - сказал Монтелл.
Монтелл полагает, что хеморецепция могла быть первоначальной ролью белков опсинов. Знание, что есть и каких опасных химических веществ избегать, служит более древней функцией выживания, чем способность обнаруживать свет.
После открытия Монтелла в 2011 году, другая группа учёных обнаружила, что опсины играют роль в слухе у мушек. Теперь, с демонстрацией того, что опсины также являются рецепторами вкуса, Монтелл подозревает, что они могут быть вовлечены во все другие чувства.
Новое открытие, вероятно, распространяется не только на плодовых мушек, которых исследовали ученые.
«Возможно, опсины представляют новый класс рецепторов вкуса у млекопитающих, включая людей», - сказал Монтелл, продолжающий в настоящее время работу над этой гипотезой.
Источник:
Nicole Y. Leung, Dhananjay P. Thakur, Adishthi S. Gurav, Sang Hoon Kim, Antonella Di Pizio, Masha Y. Niv, Craig Montell. Functions of Opsins in Drosophila Taste. Current Biology, 2020; DOI: 10.1016/j.cub.2020.01.068
Возможность Вечности - информация о научных достижениях в области продления и улучшения качества жизни.
Ранее мы писали про то, как ежедневная ванна снижает риск инсульта, а также про лечение слепоты.