I mutanti l-cry–/– sono alleli di perdita di funzione. una panoramica del locus genomico l-cry per wt e mutanti. Entrambi gli alleli mutanti determinano un frameshift precoce e codoni di stop prematuri. L'allele Δ34 ha un'ulteriore delezione di 9 bp nell'esone 3. b Western Blot di teste di P. dumerilii sondate con anticorpi anti-L-Cry. Nel contesto di ulteriori indagini, tali Western blot di mutanti rispetto a tipi selvaggi sono state eseguite più di 10 volte con risultati altamente coerenti. Vedi anche ulteriori analisi in questo manoscritto e rif. 36. c panoramica di P. dumerilii. d ibridazione in situ dell'intero monte contro l'mRNA di l-cry sulla testa del verme. ae, occhio anteriore; pe, occhio posteriore. e–j Immunoistochimica di teste di vermi prematuri di tipo selvaggio (e–h) e mutanti (i, j) campionate a zt19/20 utilizzando anticorpi anti-L-Cry (verde) e colorazione Hoechst (magenta), viste dorsali, anteriormente in alto . e, f:immagini z-stack (proiezioni massime di 50 strati, 1,28 µm ciascuna) nell'area evidenziata dal rettangolo in (d), mentre (g–j) sono immagini a strato singolo dell'area evidenziata dai rettangoli bianchi in (e, f). Nel contesto di ulteriori indagini, tali colorazioni di mutanti rispetto a tipi selvatici sono state eseguite più di 10 volte con risultati altamente coerenti. Credito:Comunicazioni sulla natura (2022). DOI:10.1038/s41467-022-32562-z
Il modo in cui gli animali sono in grado di interpretare le sorgenti di luce naturale per regolare la loro fisiologia e comportamento è poco compreso. I laboratori di Kristin Tessmar-Raible (Max Perutz Labs Vienna, Alfred Wegener Institut, University of Oldenburg) ed Eva Wolf (Johannes Gutenberg University e Institute of Molecular Biology Mainz) hanno ora rivelato che una molecola chiamata L-criptocromo (L-Cry) ha le proprietà biochimiche per discriminare tra le diverse fasi lunari, così come tra il sole e il chiaro di luna. Le loro scoperte, pubblicate su Nature Communications , mostrano che L-Cry può interpretare il chiaro di luna per trascinare l'orologio mensile (circalunare) di un verme marino per controllare la maturazione e la riproduzione sessuale.
Molti organismi marini, tra cui alghe brune, pesci, coralli, tartarughe e vermi dalle setole, sincronizzano il loro comportamento e la loro riproduzione con il ciclo lunare. Per alcune specie, come il verme delle setole Platynereiis dumerilii, esperimenti di laboratorio hanno dimostrato che il chiaro di luna esercita la sua funzione di temporizzazione trascinando un calendario mensile interno, chiamato anche orologio circalunare. In queste condizioni di laboratorio, imitare la durata della luna piena è sufficiente per trascinare questi orologi circalunari. Tuttavia, negli habitat naturali le condizioni di luce possono variare considerevolmente. Anche l'interazione regolare di sole e luna crea schemi molto complessi. Gli organismi che utilizzano la luce lunare per i loro tempi devono quindi discriminare tra fasi lunari specifiche e tra sole e chiaro di luna. Questa capacità non è ben compresa.
"Ora abbiamo rivelato che una molecola ricettiva alla luce, chiamata L-Cry, è in grado di discriminare tra diverse valenze luminose", afferma Birgit Poehn, co-prima autrice dello studio. Questo Cryptochrome funge quindi da sensore di luce in grado di misurare l'intensità e la durata della luce, aiutando così gli animali a scegliere la luce "giusta" per regolare adeguatamente il loro sistema di cronometraggio mensile.
In collaborazione con il laboratorio di Eva Wolf, il team ha caratterizzato L-Cry dalla sua biochimica alla genetica funzionale. "Abbiamo scoperto che la capacità di L-Cry di interpretare la luce è correlata a stati molecolari distinti di L-Cry", spiega Birgit Poehn. In particolare, il criptocromo contiene cofattori, componenti non proteici essenziali per la sua funzione. Questi cofattori, chiamati flavina adenina dinucleotidi (FAD), subiscono cambiamenti biochimici sotto l'influenza della luce, in cui il FAD ossidato adattato al buio passa a uno stato FAD fotoridotto.
Il coautore Shruthi Krishnan ha stabilito che le proteine L-Cry esposte alla luce naturale della luna accumulano il basso numero di fotoni della luce lunare nel corso delle ore, ma al massimo solo la metà dei FAD viene fotoridotta. Al contrario, il numero di fotoni più di 10.000 volte superiore della luce solare naturalistica utilizzata negli esperimenti provoca una rapida fotoriduzione di tutte le molecole di FAD in pochi minuti. Gli autori suggeriscono che di conseguenza, L-Cry acquisisce proprietà strutturali e biochimiche distinte a seconda dello stato combinatorio dei FAD nel suo dimero. In tal modo funge non solo da sensore di luce efficiente, ma anche discriminatorio su una gamma estremamente ampia di intensità della luce naturale.
Gli scienziati potrebbero anche dimostrare che L-Cry subisce cambiamenti nella sua localizzazione subcellulare, a seconda della sua esposizione alla luce solare o al chiaro di luna. Come questa localizzazione differenziale si traduca in diverse vie di segnalazione che controllano il comportamento e la fisiologia, e come si ottiene il trasporto di L-Cry indotto dalla luce tra nucleo e citoplasma, sono questioni chiave che saranno oggetto di ulteriori studi.
Il meccanismo, tuttavia, è rilevante anche per altri orologi biologici e processi controllati dalla luce:"Pensiamo che ciò che abbiamo scoperto vada oltre il sistema di cronometraggio mensile", afferma Eva Wolf. Kristin Tessmar-Raible aggiunge:"Potrebbe essere un processo più generale che aiuta gli organismi a riconoscere le fonti di luce, che è di fondamentale importanza ecologica per qualsiasi organismo che regola la propria fisiologia e comportamento dalla luce. Inoltre, il chiaro di luna non è solo una versione fioca di luce solare, ha implicazioni tempo-ecologiche molto diverse per gli organismi".
Di conseguenza, le perturbazioni dovute all'inquinamento luminoso notturno rappresentano una seria minaccia per gli ecosistemi naturali e anche per la salute umana. Una migliore comprensione di come viene rilevata ed elaborata la luce lunare può anche aiutare a valutare e mitigare gli impatti negativi della luce artificiale. + Esplora ulteriormente
