Cell〡华中科大发现线虫中新型高效可特异吸收紫外光的光受体LITE-1

日期：2016-11-23　　浏览次数：6965

光是对地球上所有生命体的生存、行为和分布具有重要作用的环境因子，所以从细菌到人类，感知光的能力至关重要。生物体通过光受体来感知光信号，光受体一般由蛋白质和假生色团两部分组成。植物和微生物中光受体的种类很多，但动物中目前只发现两类，即视蛋白和隐花色素。因此，科学家们试图了解，动物中是否还有其他类型未知的光受体。

最近，华中科技大学刘剑峰教授和密西根大学许献忠教授的合作研究小组在秀丽线虫中，发现了一种高效的、与味觉受体同源的新型光受体LITE-1. LITE-1吸收光的能力很强，比人眼中的光受体—视网膜蛋白强50倍，比植物和微生物中已知的光受体强10-100倍。LITE-1能直接吸收紫外光UVA和UVB，意味着无毒副作用的LITE-1及其类似物可以被开发用作防晒霜添加剂，该项成果目前已在线发表于Cell杂志上^[1]，题为”The C. eleganstaste receptor homolog LITE-1 is a photoreceptor”。

味觉受体同源体LITE-1是一种新型高效的光受体（Gong et al., 2016）

因个体结构简单、生长周期短、易于饲养、遗传操作简便、基因背景及细胞谱系清楚等优点，自上世纪60年代开始，秀丽线虫作为重要的模式生物，为人们理解复杂的细胞生命活动做出了重大贡献。

尽管没有眼睛，科学家们发现线虫能够感知光，特别是短波的紫外线，因此线虫能够避开强紫外线照射^[2,3]，这种负趋光性为线虫提供一种保护机制。之前，Miller研究组和许献忠研究组分别发现^[3,4]，秀丽线虫的光传导是由LITE-1介导的。但由于LITE-1是味觉受体Gr家族的一员，所以Yau和Hardie曾在Cell杂志的综述文章中^[5]推测，LITE-1是作为化学感受器起作用，即LITE-1感受的可能是光照射后产生的化学物质，而不是光本身。

在这篇文章中，研究人员采用线虫肌肉组织作为生物反应器，过量表达了LITE-1蛋白，然后进行了纯化，发现纯化后的LITE-1可以直接吸收紫外线，直接证实了LITE-1确实是一个光受体。进一步的研究表明，LITE-1与已知的光受体有很多不同：LITE-1与其他任何已知的光受体都没有序列同源性；其7次跨膜结构与视蛋白有着相反的膜拓扑学结构；LITE-1具有非常高的光吸收效率；LITE-1吸收光子依赖于其光吸收的蛋白构象，而不像其他光受体那样依赖于生色团；LITE-能够感受紫外线UVA和UVB。

本文还发现，在这种完全新型的光受体中，两个色氨酸（W77和W328）对光吸收能力非常关键。在能感受UVB的植物特异性蛋白UVR8中，色氨酸也起着非常重要的作用，并且UVR8中没有假生色团。鉴于像LITE-1这样吸收光子严格依赖于其蛋白构象的情况非常少见，作者推测LITE-1可能也没有假生色团组分，而是由两个色氨酸参与形成高捕光效率的生色团。此外，实验结果显示，引入色氨酸可以提高其他味觉受体家族成员的光吸收能力，所以本文的研究成果在将来很有潜力应用于基因改造光受体。LITE-1对UVA和UVB的强吸收能力，及其对抗光漂白的能力，也使得它有望应用于防紫外线的护肤产品中。

注：国内有一批使用线虫为实验材料的活跃的科学家，今年中国生物物理学会与北京细胞生物学会和生物大分子国家重点实验室共同主办了“第七届亚太地区秀丽线虫学术研讨会”，详情请点击这里）。

参考文献：

[1] Gong J,Yuan Y,Ward A,…Liu J,Xu XZ. (2016) The C. elegans taste receptor homolog LITE-1 is a photoreceptor. Cell 167:1252-1263

[2] Ward A, Liu J,Feng Z, Xu XZ. (2008) Light-sensitive neurons and channels mediate phototaxis in C. elegans. Nat Neurosci 11, 916-922

[3] Edwards SL,Charlie NK, Milfort MC, ... Miller KG. (2008) A novel molecular solution for ultraviolet light detection in Caenorhabditis elegans.PLoS Biol 6:e198. doi:10.1371/journal.pbio.0060198

[4] Liu J, Ward A,Gao J, ... Xu XZ. (2010) C. elegans phototransduction requires a G protein-dependent cGMP pathway and a taste receptor homolog. Nat Neurosci 13, 715-722

[5] Yau KW, Hardie RC. (2009) Phototransduction motifs and variations. Cell 139, 246-264