Рефлектин - Reflectin
Рефлектины - это семейство внутренне неупорядоченных белков, эволюционировавших определенным числом головоногих, включая Euprymna scolopes и Doryteuthis opalescens, для создания радужного камуфляжа и передачи сигналов. Недавно идентифицирован белок семейства обогащается ароматическими и серы отработанный аминокислот , и используется некоторыми головоногих преломлять падающего света в окружающей их среде. Белок рефлектин отвечает за динамическую пигментацию и радужную оболочку организмов. Этот процесс является «динамичным» из-за его обратимых свойств, позволяющих рефлектину изменять внешний вид организма в ответ на внешние факторы, такие как необходимость замаскировать или посылать предупреждающие сигналы.
Белки рефлектина, вероятно, распределены во внешнем слое клеток, называемых «клетками оболочки», которые окружают пигментные клетки организма, также известные как хроматоциты. Определенные последовательности отражающих способны головоногих моллюсков общаться и маскироваться, регулируя цвет и отражательную способность.
Источник
Предполагается, что рефлектин произошел от типа транспозона (называемого прыгающим геном ), который представляет собой последовательность ДНК, которая может изменять положение в генетическом материале, кодируя фермент . Закодированный фермент отделяет транспозон от одного места в геноме и лигирует (связывает) его с другим. «Скачки» транспозона могут создавать или отменять мутации, которые изменяют генетическую идентичность клетки, что может привести к появлению новых характеристик. Этот процесс можно рассматривать как механизм «вырезать и вставить». Способность транспозонов адаптироваться в геноме и быстро менять свою идентичность - это свойство, очень напоминающее поведение рефлектина.
Дополнительным предком мог быть симбиотический Vibrio fischeri (также называемый Aliivibrio fischeri), который является биолюминесцентной (продуцирующей и излучающей свет) бактерией, часто встречающейся в симбиотических отношениях. Поскольку рефлектин и Vibrio fischeri обладают схожими функциями, такими как создание радужного внешнего вида у организмов, также считается, что, как и Vibrio fischeri, рефлектин является симбиотическим и используется головоногими моллюсками для взаимодействия с окружающей их средой.
Состав
Рефлектин - это неупорядоченный белок, состоящий из консервативных аминокислотных последовательностей. Каждая последовательность включает комбинацию стандартных и серосодержащих аминокислот. Хотя базовая структура может быть определена, точная молекулярная структура еще не определена. Свойства взаимодействия со светом рефлектина можно объяснить его упорядоченной иерархической структурой и водородными связями .
Рефлектин в мембранах
Рефлектин составляет большинство брэгговских отражателей, образованных инвагинациями клеточной мембраны. Отражатели Брэгга отвечают за отражение цвета в клетках кожи, называемых иридоцитами . Отражатели состоят из периодически уложенных друг на друга пластинок, которые представляют собой тонкие слои ткани, прикрепленные к мембране. Цвет и яркость света, отраженного многими видами, определяется толщиной, расстоянием и показателем преломления (насколько быстро свет может проходить через мембрану) ламелей Брэгга. Изменение толщины мембраны вызывает отток воды из пластин Брэгга, по существу обезвоживая ее, увеличивая их показатель преломления и уменьшая толщину и расстояние между ними. Это приводит к увеличению отражательной способности пластин Брэгга и изменению цвета отраженного света. Это изменение дополнительно позволяет увеличивать яркость изначально прозрачных ячеек.
Механизмы
Рефлектин способен получать информацию из сигналов для непрерывного процесса точной настройки осмотического давления субклеточных структур головоногих. Этот непрерывный процесс используется для регулирования фотонного поведения или, другими словами, для управления изменением цвета организма. Компоненты рефлектора несут очень сильный положительный заряд. Нервные сигналы отправляются к иридофорным клеткам (также называемым хроматофорами), которые представляют собой клетки, содержащие пигмент, которые добавляют отрицательный заряд рефлектину. Когда заряды сбалансированы, белок сворачивается, обнажая липкую поверхность, заставляя отражающие молекулы слипаться. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не накопится достаточное количество белков рефлектора, чтобы изменить давление жидкости в мембране клеточных стенок. Толщина мембраны уменьшается по мере выхода воды, что приводит к изменению длины волны отраженного света. Приспосабливая мембрану организмов к отражению волн различной длины, отражение позволяет цефлаподам переходить от разных цветов: красного, желтого, зеленого и синего, а также регулировать яркость проецируемого цвета.
Текущее исследование
- Исследовательские группы ICB ( Института совместных биотехнологий ) обнаружили, что сборка рефлектина может быть электрически тонко настроена, предлагая новый подход к управлению белковыми машинами, аналогичный биотико-абиотическому манипулированию рефлектином путем точной электрической настройки сборки рефлектина.
- Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UCSB) могут иметь значение для молекулярной инженерии на основе механизмов, подобных трансформациям, контролируемым рефлектином. Открытия, касающиеся рефлектина, могут даже указать путь к лечению болезни Альцгеймера. Процессы, используемые рефлектином, аналогичны тем, которые наблюдаются, когда белки собираются в головном мозге во время развития связанных с белками заболеваний, таких как болезни Альцгеймера и Паркинсона. Понимание того, как можно обратить вспять патологию, поражающую мозг .
- Исследователи считают, что обратимые механизмы, используемые белком рефлектин, могут быть воспроизведены для развития динамических живых клеток и тканей человека. Эти открытия могут быть применены к разработке биофотонных инструментов, используемых в материаловедении и биоинженерии. Оптическая инженерия человеческих клеток.
- Основываясь на функции рефлектина для маскировки головоногих моллюсков, исследователи полагают, что можно создать материал, используемый для роста нервных клеток и клеток-предшественников человека. Использование рефлектина в качестве материала для роста нервных стволовых клеток
Использование в биоинженерии
Рефлектины были гетерологично экспрессированы в клетках млекопитающих, чтобы изменить их показатель преломления .
Рекомендации
дальнейшее чтение
- Крамер Р. М., Крукс-Гудсон В. Дж., Наик Р. Р. (июль 2007 г.). «Самоорганизующиеся свойства белка рефлектина кальмара» . Материалы природы . 6 (7): 533–8. Bibcode : 2007NatMa ... 6..533K . DOI : 10.1038 / nmat1930 . PMID 17546036 .
- Crookes WJ, Ding LL, Huang QL, Kimbell JR, Horwitz J, McFall-Ngai MJ (январь 2004 г.). «Рефлектины: необычные белки отражающих тканей кальмаров». Наука . 303 (5655): 235–8. Bibcode : 2004Sci ... 303..235C . DOI : 10.1126 / science.1091288 . PMID 14716016 . S2CID 44490101 .