Световые изменения в фотосенсорных белках

Исследователи из Charité – Universitätsмедицин Берлин продемонстрировали на молекулярном уровне, как специфический белок позволяет преобразовывать световые сигналы в клеточную информацию. Их выводы расширили понимание того, как растения и бактерии адаптируются к изменениям световых условий, регулирующих такие важные процессы, как фотосинтез. Исследование опубликовано в Nature Communications.

Фитохромы — это белки, ответственные за преобразование света в клеточную информацию. Эти фоторецепторы, встречающиеся в растениях, грибах и бактериях, используют свет для регулирования фундаментальных физиологических процессов. Фитохромы содержат светочувствительную молекулу тетрапиррола, известную как хромофор, которая меняет свою форму при воздействии света очень специфической длины волны. Белок обнаруживает эти изменения и запускает дальнейшие структурные перестройки. В ответ на свет запускаются пути активации и деактивации, что приводит к сложному процессу структурного преобразования.

Исследователи использовали рентгеновскую кристаллографию для определения трёхмерной структуры темноадаптированного фоторецептора фитохрома и сравнили её со структурой в светоадаптированном состоянии. Для этого они сначала создали кристаллическую форму белка, которую затем облучили рентгеновскими лучами. С помощью анализа белковой структуры учёные смогли рассчитать положение атомов внутри молекулы. Результаты их работы показывают вклад отдельных аминокислот в светоиндуцированную активацию и деактивацию этих белков.

«Наше исследование предоставило фундаментальные структурные данные, которые улучшат наше понимание того, как экологические сигналы передаются в организм. Это важные сведения, особенно если мы надеемся использовать фоторецепторы для будущих клинических применений», — объясняет ведущий исследователь исследования доктор Патрик Шерер.

Одним из потенциальных применений может быть онкология, где фоторецепторы могут использоваться для визуализации раковых тканей. Это было бы основано на их способности поглощать и излучать свет в красной и ближней инфракрасной областях видимого спектра. Учитывая, что ближний инфракрасный свет имеет большую глубину проникновения в ткани человека, фитохромы можно было бы использовать для неинвазивной визуализации более глубоко лежащих клеток ткани без побочных эффектов. Фоторецепторы также могут оказаться подходящими в качестве светоконтролируемых инструментов для лечения генетических заболеваний на молекулярном уровне.

Чтобы глубже изучить эти потенциальные применения, доктор Шерер и его команда надеются в будущих исследованиях лучше понять флуоресценцию фитохромов (другое свойство этих фоторецепторов), а также изучить другие аспекты их структурного преобразования.