Рецепторы кислотности у плодовых мушек схожи с человеческими
Люди и плодовые мушки реагируют на многие одинаковые вкусы - сладкий, соленый, горький и так далее. Однако рецепторы, определяющие эти вещества, у нас и насекомых очень разные. Кроме случаев, когда речь идет о кислом.
В новом исследовании постдокторант Аниндия Гангули и заслуженный профессор Крейг Монтелл из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре выявили и описали вкусовой рецептор, чувствительный к кислоте у плодовых мушек. Этот белок относится к той же группе, что и человеческие кислые рецепторы, - семейству ионных каналов, известных как отопетрины. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
"В этой работе интересно то, что она решает очень давний вопрос о том, что такое кислый рецептор у насекомых", - сказал Монтелл, профессор Дагган на кафедре молекулярной, клеточной и биологии развития Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. "Оказалось, что в отличие от других вкусовых рецепторов, этот рецептор сохранился на протяжении 800 миллионов лет с тех пор, как мухи и люди имели общего предка"
Этот вывод указывает на то, что восприятие кислот - вкуса, который мы интерпретируем как кислый - должно быть очень важным для выживания. Возможно, более удивительно, что многие другие важные вкусовые пути не сохранились между мухами и людьми, поскольку неродственные рецепторы обнаруживают множество одних и тех же химических веществ.
Идентичность рецепторов кислого вкуса до сих пор оставалась загадкой. По словам Монтелла, еще несколько лет назад никто не знал, какой рецептор кислого вкуса есть у какого-либо животного. И отопетрины не были бы очевидными кандидатами. Они вообще не играли никакой роли во вкусе до недавнего открытия, сделанного профессором Эмили Лиман из Университета Южной Калифорнии - соавтором этого последнего исследования - о том, что они функционируют в кислотном вкусе млекопитающих.
У плодовых мушек есть три отопетрина: OtopLA, OtopLB и OtopLC. Команда обнаружила, что отключение экспрессии гена OtopLA значительно ухудшает поведение мух по отношению к кислотам. Эти мухи не могли распознать кислотность различных кислотно-сахарных растворов, которые им предъявляли. Действительно, мутанты проявляли гораздо меньшую активность вкусовых нейронов, когда им предъявляли кислые растворы сахара.
Более того, OtopLA играет двойную роль в поведении мух. Он имеет решающее значение для привлечения насекомых к слабокислой пище, а также для их отвращения к сильнокислой пище. Хотя рецептор - это то, что отвечает на стимул, именно нейроны и их связи подсказывают мозгу, как это интерпретировать.
Например, если вы экспрессируете рецептор для горьких соединений в нейроне сладкого, а затем дадите мухе что-то горькое, насекомое, скорее всего, съест это. "Важно не вещество, а нейрон и участки мозга, которые оно активирует", - говорит ведущий автор исследования Гангули. Вот почему одно химическое вещество может вызывать положительную или отрицательную реакцию в зависимости от его концентрации".
Проведя дополнительные эксперименты, команда определила, что рецептор OtopLA в В и D GRNs отвечает за отвращение насекомых к сильно кислым веществам. Между тем, восстановление белка в GRN A или C возвращало мухе тягу к слабым кислотам. Это говорит о том, что вкусовая система мушек имеет порог кислотности. Если уровень низкий, то притяжение GRN A и C побеждает. С другой стороны, при высоком уровне кислотности побеждает отталкивание GRN B и D.
Идентификация отопетрина как рецептора кислой среды оказалась несколько неожиданной. Первоначально эти белки были обнаружены в вестибулярной системе мышей. Их роль во вкусе - это еще один пример того, как естественный отбор кооптирует белок, используемый в одном органе, для совершенно иной функции в другом. Эволюция - не изобретатель и не инженер; она просто мастерица, работающая с теми деталями, которые у нее есть под рукой.
OtopLA - не первый вкусовой рецептор, который команда связала с кислотами. В начале 2019 года группа обнаружила, что белок IR7a также реагирует на кислоту. Однако IR7a специфически распознает уксусную кислоту, основной компонент уксуса. OtopLA, с другой стороны, реагирует на кислотные условия всех видов.
Ученые также идентифицировали три отопетрина у людей и мышей, хотя они не имеют прямого соответствия с тремя у плодовых мушек. Тем не менее, использование отопетринов для определения кислотного вкуса предполагает, что этот механизм обнаружения кислот развился рано и сохранялся в течение сотен миллионов лет. Возможно, существовал предковый ген отопетрина, который был продублирован и эволюционировал в разновидности, существующие сегодня.
