Исследователи из Charité - Universitätsmedizin Berlin смогли продемонстрировать, как на молекулярном уровне определенный белок позволяет преобразовывать световые сигналы в клеточную информацию. Их результаты расширили наше понимание того, как растения и бактерии адаптируются к изменениям условий освещения, которые регулируют важные процессы, такие как фотосинтез. Их исследование опубликовано в текущем выпуске журнала Nature Communications.
Фитохромы - это белки, отвечающие за преобразование света в клеточную информацию. Эти фоторецепторы, обнаруженные в растениях, грибах и бактериях, используют свет для регулирования основных физиологических процессов. Фитохромы содержат светочувствительную молекулу тетрапиррола, известную как хромофор, которая меняет свою форму под воздействием света с очень определенной длиной волны. Белок обнаруживает эти изменения и осуществляет дальнейшие структурные перестройки. Пути активации и деактивации, запускаемые в ответ на свет, приводят к тому, что фитохром подвергается сложному процессу структурной трансформации.
Исследователи из Института медицинской физики и биофизики Шарите смогли пролить свет на происходящие структурные преобразования. Исследователи использовали рентгеновскую кристаллографию для определения трехмерной структуры адаптированного к темноте фоторецептора фитохрома, а затем сравнили эту структуру с его адаптированным к свету состоянием. Для этого исследователи начали с создания кристаллической формы белка, которую затем облучили рентгеновскими лучами. С помощью структурного анализа белка исследователи смогли рассчитать положение атомов внутри молекулы. Результаты их работы показывают вклад отдельных аминокислот в индуцированную светом активацию и дезактивацию этих белков. «Наше исследование предоставило фундаментальные структурные данные, которые улучшат наше понимание того, как сигналы окружающей среды передаются в организм. Это важные выводы, особенно если мы надеемся, что сможем использовать фоторецепторы для будущих клинических приложений», - объясняет ведущий исследователь исследования, доктор Патрик Ширер.
Одним из потенциальных приложений может быть область онкологии, где фоторецепторы могут использоваться для визуализации раковых тканей. Это конкретное применение 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 можно использовать для визуализации более глубоко лежащих клеток тканей неинвазивным способом и без побочных эффектов. Фоторецепторы также могут оказаться пригодными в качестве управляемых светом инструментов, которые можно использовать для лечения генетических заболеваний на молекулярном уровне. Для дальнейшего изучения этих потенциальных применений д-р Шеерер и его команда надеются использовать будущие исследования, чтобы лучше понять флуоресценцию фитохромов (еще одно свойство этих фоторецепторов), а также изучить другие аспекты их структурной трансформации.