Nat Commun：有趣！海洋刚毛虫利用L-Cry蛋白区分白天、黑夜和月相

在一项新的研究中，来自德国科隆大学、美因茨大学和奥尔登堡大学的研究人员发现了海洋刚毛虫Platynereis dumerilii的一种特殊蛋白如何使其区分昼夜周期（day-night cycle）和月相（moon phase）。所谓的隐花色素蛋白（cryptochrome protein, CRY）存在于多种生物体内，通常参与光控生物过程。然而，在刚毛蠕虫的特殊蛋白L-Cry 中，它对入射光的反应却非常不寻常。相关研究结果于2023年10月30日发表在Nature Communications期刊上，论文标题为“A marine cryptochrome with an inverse photo-oligomerization mechanism”。

在这项新的研究中，这些作者利用科隆大学化学与生物化学系于 2021 年才投入使用的低温电镜平台，让L-Cry 在不同光照条件下可见。他们的研究发现在类似阳光的强烈照射下，L-Cry会分解成两个亚基。但在黑暗中，L-Cry 的两个亚基会形成稳定的连接，即形成二聚体。

这不仅是两个亚基在黑暗中的空间排列是不寻常的，而且与以前在其他Cry蛋白中未观察到相对应的空间排列。这种分离的方向也很不寻常，因为在其他Cry蛋白中只观察到相反的过程:从黑暗中的单体排列到光线照射下的二聚体或更高的低聚体排列。

这些作者在他们的研究中进一步确定了对这种不寻常行为非常重要的L-Cry蛋白的结构特征。这些特征可能了解释 L-Cry 如何区分阳光和月光：强烈的阳光总是同时激活L-Cry蛋白中的两个亚基，从而开始分解成单个亚基。而在明显较弱的月光下，据统计每次只有一个亚基被激活，这样这个亚基就能将光信号传递给细胞。

Platynereis dumerilii L-Cry（PdL-Cry）属于I型CRY谱系，但具有独特的序列特征。图片来自Nature Communications, 2023, doi:10.1038/s41467-023-42708-2。

Cry 蛋白种类繁多，除其他功能外，还被认为是鸟类感知地球磁场的传感蛋白。这项新研究的结果凸显了 L-Cry 的独特性。论文共同第一作者、科隆大学的Heide Behrmann博士说，“传感蛋白发挥作用总是充满挑战。在实验室中，L-Cry 被证明对光非常敏感，因此我们只能在确定的远红光照明下进行大部分实验工作，以免无意中提前激活这种蛋白。这显示了 L-Cry 的巨大特异性，这种特异性使这种蛋白即使在昏暗的月光下也能做出强有力的反应。”

这项新的研究不仅让人们对这种不寻常的传感蛋白有了新的认识。论文共同通讯作者、科隆大学生物化学研究所的Elmar Behrmann教授补充说，“我们的研究显示了大自然如何灵活地调整现有的组成成分，从而开发出新的、令人着迷的机制。此外，我们的研究成果还有力地证明了低温电镜在科隆大学的应用前景：如果不能直接使用科隆大学的高端电子显微镜，我们就不可能如此迅速地获得我们的研究成果。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Hong Ha Vu et al. A marine cryptochrome with an inverse photo-oligomerization mechanism. Nature Communications, 2023, doi:10.1038/s41467-023-42708-2.

How bristle worms use a protein to distinguish between sunlight and moonlight
https://portal.uni-koeln.de/en/universitaet/aktuell/press-releases/single-news/how-bristle-worms-use-a-protein-to-distinguish-between-sunlight-and-moonlight