Исследователи из Charité – Universitätsmedizin Berlin на молекулярном уровне продемонстрировали, как определенный белок позволяет световым сигналам превращаться в клеточную информацию. Их результаты расширили понимание того, как растения и бактерии адаптируются к изменениям в условиях освещения, которые регулируют такие важные процессы, как фотосинтез. Их исследование было опубликовано в Nature Communications .

(Фото выше): когда свет попадает на фитохром, запускается сложный процесс трансформации, который изменяет трехмерную структуру белка. Фото: Scheerer / Charité

Фитохромы – это белки, которые отвечают за преобразование света в клеточную информацию. Найденные в растениях, грибах и бактериях, эти фоторецепторы используют свет для регулирования основных 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 осуществляет дальнейшие структурные перестройки. Пути активации и деактивации запускаются в ответ на свет, что приводит к сложному процессу структурной трансформации.

Исследователи использовали рентгеновскую кристаллографию для определения трехмерной структуры адаптированного к темноте фоторецептора фитохрома и продолжили сравнивать эту структуру с ее адаптированным к свету состоянием. Для этого исследователи начали с создания кристаллической формы белка, которую они затем облучали рентгеновскими лучами. Посредством структурного анализа белка исследователи смогли рассчитать положение атомов внутри молекулы. Результаты их работы показывают вклад отдельных аминокислот в вызванную светом активацию и дезактивацию этих белков. «Наши исследования позволили получить фундаментальные структурные данные, которые позволят нам лучше понять, как сигналы окружающей среды передаются в организм. Это важные выводы, особенно если мы надеемся использовать фоторецепторы для будущих клинических применений,

Одно из возможных применений будет в области онкологии, где фоторецепторы могут быть использованы для визуализации раковых тканей. Это будет 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 могут быть использованы для визуализации более глубоких лежащих клеток ткани неинвазивно и без побочных эффектов. Фоторецепторы также могут оказаться пригодными в качестве контролируемых светом инструментов для лечения генетических заболеваний на молекулярном уровне. Для дальнейшего изучения этих потенциальных применений доктор Шерер и его команда надеются использовать будущие научные исследования, чтобы лучше понять флуоресценцию фитохрома (еще одно свойство этих фоторецепторов), а также изучить другие аспекты их структурной трансформации.

По материалам phys.org