Функция зрительного фотопигмента родопсина и его действие на сетчатку для облегчения зрения хорошо изучены. Однако остаются вопросы о других биологических функциях этого семейства белков (опсинов), и это имеет значение для нашего понимания нескольких путей эволюции. Теперь международная исследовательская группа под руководством Геттингенского университета показала, что существуют и другие функции опсина помимо зрения, и это дает представление о том, как развивался глаз. Их исследование было опубликовано в журнале Current Biology..
Зрение зависит от родопсинов, которые состоят из белков (опсинов), которые связываются с «ретиналем» (небольшая молекула, полученная из витамина А). Эта молекула меняет свою структуру при стимуляции светом и позволяет нам видеть: без сетчатки клетки фоторецепторов умирают и зрение отсутствует. Интересно, что у плодовой мушки Drosophila те же самые белки опсина, которые обеспечивают зрение, встречаются и в ухе. Поэтому исследователи из отдела клеточной нейробиологии и Института молекулярной и клеточной физики Геттингенского университета задались вопросом, являются ли эти слуховые рецепторы светочувствительными, т.е. могут ли уши этой мухи также ощущать свет? Исследователи быстро обнаружили, что ухо мухи не может функционировать как глаз. Однако исследователи пришли к выводу, что это совершенно новая функция опсинов, независимая от молекулы сетчатки и от функционирования глаза. Они проверили это, сделав витамин А недоступным для дрозофилы с помощью различных экспериментов: изъяв витамин А из рациона мухи; разрушение транспортного белка, который обеспечивает поглощение витамина А клетками кишечника; и блокирование фермента, который превращает витамин А в ретиналь. Это сделало насекомых слепыми, но они не стали глухими.
Вместе с коллегами в США исследователи манипулировали опсинами, чтобы они больше не могли связываться с сетчаткой. Как и ожидалось, это сделало мух слепыми, но их слух снова остался нетронутым. Это показало, что плодовой мушке необходимы опсины (но не сетчатка) для слуха, что добавило новый поворот в функцию белков фотопигментов. Настоящее удивление наступило, когда ученые изучили те ферменты, которые в глазу перерабатывают активируемую светом сетчатку обратно в ее светочувствительную форму. Оказалось, что все эти ферменты присутствуют в ухе мухи так же, как и в глазах, и необходимы для слуха, даже несмотря на то, что слух работает без сетчатки. Следовательно, не только опсины, но и все ферменты сетчатки выполняют другие важные биологические функции, не зависящие от зрения.
«С эволюционной точки зрения это поразительно», - объясняет доктор Радослав Катана, первый автор исследования.«Рецепторные клетки зрения и слуха происходят от общих клеток-предков, которые, по-видимому, использовали опсины и ферменты сетчатки еще до того, как стало возможным зрение и слух. То же самое относится и к позвоночным: опсины встречаются в механорецепторных клетках и многих Ферменты сетчатки оставались практически неизменными на протяжении всей эволюции и также участвуют в человеческом слухе».
«Цикл сетчатки глаза является наиболее тщательно изученным биологическим сигнальным каскадом», - отмечает профессор Мартин Гёпферт. «Теперь кажется, что его молекулярные компоненты изначально не имели ничего общего с глазом или светом, что произвело революцию в нашем понимании ранней эволюции зрения».