果蝇磁感应关键元件的新认识

撰文

十一月

许多动物利用地磁场（geomagneticfield，geoMF）进行长距离旅行的导航，磁感应的机制涉及到蓝光激活FAD（Flavinadeninedinucleotide）与光感受蛋白CRY（CRYPTOCHROME）色氨酸残基之间电子转移反应。但是在机制上，光依赖和磁信号是如何感应和传导仍然不甚清楚。

年2月22日，英国曼斯特大学RichardA.Baines研究组与莱彻斯特大学EzioRosato研究组合作在Nature上发表了文章EssentialelementsofradicalpairmagnetosensitivityinDrosophila，发现果蝇CRY蛋白C末端的52个氨基酸在缺乏典型FAD结合结构域和色氨酸链的情况下足以促进磁信号的接收。

一个广为流传的磁感应机制是FAD结合CRY蛋白吸收蓝光，构象激活后CRY蛋白的C末端约20个氨基酸残疾暴露，与包含PDZ结构域的蛋白相互作用。尽管一直以来CRY蛋白全长被认为是光依赖磁敏感的必要条件，但是仍然有研究表明这可能不是全部的谜底。果蝇中的昼夜行为学实验发现在果蝇DmCRY突变体中仅表达C末端的52个氨基酸就可以挽救磁敏感性的缺陷，而敲除C末端的DmCRYΔ果蝇则变得只对蓝光敏感但是对磁场不再敏感。DmCRY的C末端（DmCRY-CT）既没有FAD的结合口袋，也没有推测的磁感应氨基酸（图1），这些研究结果表明果蝇的光依赖的磁感应还有机制上的未解之谜。

图1CRY的结构域示意图

为了对其中的分子机制进行研究，作者们在aCC运动神经元中表达了全长的Dmcry转基因，蓝光激活的动作电位释放显著提高。先前的研究曾表明DmCRY-CT与GFP融合后能够挽救DmCRY缺失的表型，但是由于担心GFP本身对于光诱导的电子转移的影响，作者们CRY的C末端的与荧光素酶Luc相结合，作者们发现Luc-CT在地磁场情况下能够支持磁敏感性的恢复。

虽然CRY的C末端并没有FAD的结合口袋，但是作者们发现游离的FAD可以促进磁感应敏感性，高水平FAD本身足以支持磁感应，超高水平FAD则不能，这些结果说明FAD与Luc-CT之间存在相互作用，但是可能是由于其他分子或者存在于同一个复合体中协助磁信号的转导。

进一步地，作者们发现Luc-CT中引入点突变WF会导致磁感应敏感性下降，因此说明CT的敏感性对于磁感应非常关键。CRY蛋白的C末端中存在潜在PDZ结合基序，PDZPDZ蛋白具有模块化支架的功能，指导信号分子的细胞定位。通过引入PDZ结构域的点突变，作者们发现CT结构域的完整性对于果蝇神经元的磁感应功能非常关键。CT结构域可能作为磁感应的中介，帮助磁信号转导蛋白质复合体的形成。

最近的研究表明欧洲知更鸟的基因组中CRY4可能是长距离鸣禽的磁感受器（Nature

不路痴的秘密：夜行游鸟的小小指南针——隐花色素蛋白CRY4作为磁感应受体发挥作用的机制）。为了检测该蛋白对于果蝇磁感应的影响，作者们构建了Ercry4的转基因，发现过表达该转基因的果蝇暴露于磁场后会显著增强果蝇的磁感应。因此，ErCRY4会促进果蝇的磁敏感性。

总的来说，作者们工作推翻了一直以来的所认为全长DmCRY对于光依赖的磁信号转导的作用，取而代之是不含FAD结合口袋的C末端的52个氨基酸才是磁敏感性的关键。这些结果为果蝇中非典型的磁场感受器提供了新的分子机制。

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