Глаза грибов, или необычный механизм фоторецепции у Blastocladiomycota

Феномен фоторецепции хорошо изучен у различных представителей животных, в первую очередь у позвоночных. Однако опсин-зависимая фоторецепция известна и за пределами царства животных – например, у грибов (которые вместе с животными образуют суперкладу Opisthokonta). Недавно вышедшая статья бразильских и британских ученых посвящена грибу Blastocladiella emersonii (Blastocladiomycota). Этот организм был выбран потому, что в его жизненном цикле присутствует (в отличие от более широко известных аско- и базидиомицетов) фаза зооспоры. Подвижность зооспор обеспечивается жгутиками; важно, что они обладают положительным фототаксисом. Авторами был изучен молекулярный механизм фоторецепции Blastocladiella.

Напомним, что в фоторецепторах сетчатки глаза позвоночных свет вызывает изменение конформации родопсина, что активирует G-белок трансдуцин, который, в свою очередь, ингибирует фосфодиэстеразу – фермент, катализирующий гидролиз цикло-ГМФ (цГМФ) до ГМФ. Понижение внутриклеточного уровня цГМФ приводит к закрытию Na/Ca каналов и, соответственно, к гиперполяризации мембраны фоторецепторной клетки. Далее сигнал передается через синапс на нейрон. Кроме того, при активации данного каскада активируется гуанилат-циклаза, восстанавливая уровень цГМФ.

Так вот, выяснилось, что механизм фоторецепции Blastocladiella обладает рядом поразительных особенностей. При секвенировании генома был обнаружен ген, кодирующий необычный "слитой" ("fusion") белок, гибрид опсина и гуанилат-циклазы, названный BeGC1. Дальнейшие эксперименты подтвердили его участие в фоторецепции и регуляции фототаксиса. Так, при освещении светом в зооспорах резко возрастала концентрация цГМФ. "Выжигание" (фотообесцвечивание) родопсина, блокирование биосинтеза ретиналя, а также ингибирование гуанилат-циклазной активности приводило к подавлению фототаксиса. Изучение внутриклеточной локализации BeGC1 иммунохимическими методами выявило, что он находится в т.н. глазкАх (eyespots), рядом с основанием жгутика. Помимо BeGC1, в геноме был найден BeCNG1, ген, кодирующий цГМФ-зависимый калиевый канал. Исходя из ряда важных признаков, авторы предположили, что именно он является эффектором BeGC1-зависимого фототаксиса, напрямую регулируя биение жгутика. Примечательно, что гомологи BeGC1, в частности, регулируют хеморецепцию у сперматозоидов некоторых животных.

Таким образом, изученный механизм фоторецепции у гриба выявил как определенное сходство с таковым у животных (родопсин-подобный фоторецептор, цГМФ как посредник), так и удивительные отличия.

Так что, как говорится,

"А у нас в Рязани
Грибы с глазами:
Их едят,
А они глядят".

Картинка из рассматриваемой статьи
A – молекулярный механизм фоторецепции у позвоночных
B – молекулярный механизм фоторецепции у Blastocladiella emersonii
RhI, родопсин I типа; RhII, родопсин II типа; GC, гуанилат-циклаза; T, трансдуцин;
PDE, фосфодиэстераза; EM, мембрана глазков; PM, плазматическая мембрана; DM, мембрана дисков.

Источник: Avelar et al. A rhodopsin-guanylyl cyclase gene fusion functions in visual perception in a fungus. Curr Biol. 2014 Jun 2;24(11):1234-40. doi: 10.1016/j.cub.2014.04.009.
Статья в свободном доступе.

via