Биологи использовали муху по имени Синатра, чтобы показать, как видеть синий — и зелёный

Биологи из Нью-Йоркского университета (NYU) выявили новый механизм регуляции цветового зрения, изучая мутантную муху, названную в честь Фрэнка Синатры. Их результаты, опубликованные в журнале Nature, сосредоточены на том, как функционирует зрительная система для сохранения точности цветового различения на протяжении всей жизни организма. Они также дают новое понимание того, как включаются и выключаются гены, контролирующие обнаружение цвета.

Многие биологи изучают, как разные клетки развиваются, чтобы приобрести свою судьбу. Команда NYU под руководством профессора биологии Клода Десплана исследовала, как они остаются неизменными. Клетки имеют сложные функции, которые должны поддерживаться за счёт обширной координации, и её нарушение может привести к появлению «сбитых с толку» клеток с неясной функцией. Это особенно важно для клеток, таких как нейроны, которые живут долго — обычно всю жизнь животного.

Исследователи NYU сосредоточились на фоторецепторных нейронах в сетчатке плодовой мушки Drosophila. Drosophila — мощная модель для изучения развития глаза, так как она позволяет проводить очень точные генетические манипуляции. Это даёт возможность анализировать, как функционирует зрительная система при воздействии на её различные элементы.

Работа основана на предыдущем открытии лаборатории Десплана. В исследовании 2005 года, опубликованном в Cell, Десплан и его коллеги идентифицировали молекулярный путь, с помощью которого один тип фоторецепторных клеток контролирует свой выбор быть чувствительным к одному цвету света, а не к другому — в данном случае, к зелёному или синему. Эта чувствительность обусловлена наличием светочувствительных белков, родопсинов: каждый фоторецептор принимает решение экспрессировать либо чувствительный к синему свету Rhodopsin5, либо чувствительный к зелёному Rhodopsin6, но не оба одновременно. Эта исключительная экспрессия разных родопсинов лежит в основе способности мухи различать цвета.

В исследовании для Nature учёные изучили явление, происходящее в течение жизни организма. Поскольку родопсины постоянно производятся в глазу, исследователи хотели узнать, что мешает каждому фоторецептору начать производить неправильный родопсин позднее в жизни. Их результаты показали, что на самом деле сам родопсин может предотвращать некорректное включение гена, кодирующего другой родопсин.

Исследователи наблюдали, что у мутантных мух с нефункционирующим геном Rhodopsin6 (чувствительным к зелёному) фоторецепторы, которые в норме производили бы этот родопсин, медленно начинают производить чувствительный к синему Rhodopsin5. Через две недели практически все эти фоторецепторы наблюдались производящими синий родопсин. Авторы назвали одну из мутаций в гене Rhodopsin6 «Фрэнк Синатра», потому что, предположительно, она делает старые глаза более чувствительными к синему свету — они при этом фактически не становятся синими по цвету.

Эти находки показали, что у нормальных мух зелёный Rhodopsin6 поддерживает репрессию гена синего Rhodopsin5. Этот результат удивителен — ранее не было известно, что родопсины могут контролировать производство других родопсинов.

Нейроны, управляющие нашим обонянием, организованы схожим образом. Как только каждый обонятельный нейрон, ответственный за это чувство, производит функциональный обонятельный рецепторный белок, этот рецептор может предотвращать включение других генов, кодирующих разные обонятельные рецепторы, в той же клетке.

Хотя исследователи не изучали, что вызывает это изменение в родопсинах, они рассматривают это как механизм поддержания, который предотвращает одновременное наличие в клетках синего и зелёного родопсинов.

«Два типа фоторецепторов могут быть связаны с разными нейронными цепями в мозге, которые интерпретируют получаемую от фоторецепторов информацию как относящуюся к синему или зелёному свету, — отметил ведущий автор статьи, постдокторант NYU Даниэль Василяускас. — Таким образом, изменение родопсина, который производит фоторецептор, может привести к сенсорной путанице и снизить способность мухи различать разные цвета».

«Альтернативная возможность заключается в том, что наши находки указывают на механизм, позволяющий мухе адаптироваться к меняющимся обстоятельствам, — добавил он. — Если мы держим мух в темноте в течение длительного времени, мы начинаем наблюдать то же самое: синий Rhodopsin5 производится в фоторецепторах, производящих зелёный Rhodopsin6, что приводит к клеткам, имеющим оба. Это изменение может быть связано с изменениями в нижележащих нервных цепях, которые теперь должны адаптироваться, чтобы правильно интерпретировать получаемую информацию».