l-cry–/– mutanter är förlust-av-funktion alleler. en översikt över det genomiska l-cry-lokuset för wt och mutanter. Båda mutanta allelerna resulterar i ett tidigt ramskifte och för tidigt stoppkodon. Δ34-allelen har en ytterligare 9 bp deletion i exon 3. b Western Blots av P. dumerilii-huvuden sonderade med anti-L-Cry-antikropp. I samband med ytterligare undersökningar har sådana Western-blottar av mutanta kontra vilda typer utförts mer än 10 gånger med mycket konsekventa resultat. Se även ytterligare analyser i detta manuskript och ref. 36. c översikt över P. dumerilii. d hel mount in situ hybridisering mot l-cry mRNA på maskhuvud. ae, främre ögat; pe, bakre öga. e–j Immunhistokemi av för tidig vildtyp (e–h) och mutanta (i, j) maskhuvuden provtagna vid zt19/20 med anti-L-Cry-antikropp (grön) och Hoechst-färgning (magenta), ryggvyer, anterior uppåt . e, f:z-stack-bilder (maximala projektioner av 50 lager, 1,28 µm vardera) i området som markeras av rektangeln i (d), medan (g–j) är enskiktsbilder av området som markeras av de vita rektanglarna i (e, f). I samband med ytterligare undersökningar har sådana färgningar av mutanta kontra vilda typer utförts mer än 10 gånger med mycket konsekventa resultat. Kredit:Nature Communications (2022). DOI:10.1038/s41467-022-32562-z
Hur djur kan tolka naturliga ljuskällor för att justera sin fysiologi och beteende är dåligt förstått. Kristin Tessmar-Raibles labb (Max Perutz Labs Wien, Alfred Wegener Institut, University of Oldenburg) och Eva Wolf (Johannes Gutenberg University och Institute of Molecular Biology Mainz) har nu avslöjat att en molekyl som heter L-cryptochrome (L-Cry) har de biokemiska egenskaperna att skilja mellan olika månfaser, såväl som mellan sol- och månljus. Deras resultat, publicerade i Nature Communications , visar att L-Cry kan tolka månsken för att få med sig den månatliga (cirkulära) klockan för en marin mask för att kontrollera sexuell mognad och reproduktion.
Många marina organismer, inklusive brunalger, fiskar, koraller, sköldpaddor och borstmaskar, synkroniserar sitt beteende och sin reproduktion med månens cykel. För vissa arter, som borstmasken Platynereiis dumerilii, har laboratorieexperiment visat att månsken utövar sin tidsfunktion genom att få med sig en inre månadskalender, även kallad cirkalär klocka. Under dessa laboratorieförhållanden är det tillräckligt att efterlikna fullmånens varaktighet för att fånga dessa cirkalunära klockor. Men i naturliga livsmiljöer kan ljusförhållandena variera avsevärt. Även det regelbundna samspelet mellan sol och måne skapar mycket komplexa mönster. Organismer som använder månljuset för sin timing måste därför skilja mellan specifika månfaser och mellan sol och månljus. Denna förmåga är inte väl förstådd.
"Vi har nu avslöjat att en ljusreceptiv molekyl, kallad L-Cry, kan skilja mellan olika ljusvalenser", säger medförfattaren till studien, Birgit Poehn. Denna kryptokrom fungerar därmed som en ljussensor som kan mäta ljusets intensitet och varaktighet, vilket hjälper djuren att välja "rätt" ljus för att adekvat justera sitt månatliga timingsystem.
I samarbete med Eva Wolfs labb karakteriserade teamet L-Cry från dess biokemi till funktionell genetik. "Vi fann att förmågan hos L-Cry att tolka ljus korrelerar med distinkta molekylära tillstånd av L-Cry", förklarar Birgit Poehn. Speciellt innehåller kryptokromet kofaktorer, icke-proteinkomponenter som är väsentliga för dess funktion. Dessa kofaktorer, kallade flavinadenindinukleotider (FAD), genomgår biokemiska förändringar under påverkan av ljus, där mörkeranpassad oxiderad FAD övergår till ett fotoreducerat FAD-tillstånd.
Medförfattaren Shruthi Krishnan fastställde att L-Cry-proteiner som exponeras för naturalistiskt månsken ackumulerar månskenets låga fotonantal över timmar, men som mest blir bara hälften av FADs fotoreducerade. Däremot orsakar det mer än 10 000 gånger högre fotontalet i det naturalistiska solljuset som används i experimenten en snabb fotoreduktion av alla FAD-molekyler inom några minuter. Författarna föreslår att L-Cry följaktligen förvärvar distinkta strukturella och biokemiska egenskaper beroende på den kombinatoriska statusen för FADs i dess dimer. Därmed fungerar den inte bara som en effektiv, utan också diskriminerande ljussensor över ett extremt brett spektrum av naturliga ljusintensiteter.
Forskarna kunde också visa att L-Cry genomgår förändringar i sin subcellulära lokalisering, beroende på dess exponering för solljus eller månsken. Hur denna differentiella lokalisering översätts till olika signalvägar som styr beteende och fysiologi, och hur den ljusinducerade transporten av L-Cry mellan kärna och cytoplasma uppnås, är nyckelfrågor som kommer att bli föremål för fortsatta studier.
Mekanismen är dock också relevant för andra biologiska klockor och ljusstyrda processer:"Vi tror att det vi har avslöjat går utöver det månatliga tidssystemet", säger Eva Wolf. Kristin Tessmar-Raible tillägger:"Det kan vara en mer allmän process som hjälper organismer att känna igen ljuskällor, vilket är av central ekologisk betydelse för alla organismer som justerar sin fysiologi och beteende med ljus. Dessutom är månsken inte bara en svag version av solljus, det har väldigt olika tidsekologiska konsekvenser för organismer."
Följaktligen utgör störningar genom nattliga ljusföroreningar allvarliga hot mot naturliga ekosystem och även människors hälsa. En bättre förståelse för hur månljus avkänns och bearbetas kan också hjälpa till att bedöma och mildra de negativa effekterna av artificiellt ljus. + Utforska vidare
