Белок сетчатки перелетных птиц обладает магниточувствительностью

Магниточувствительность модельной системы из пары радикалов была убедительно подтверждена экспериментально. Такая система чувствительна к магнитному полю Земли. В криптохромах (светочувствительных белках растений и животных) радикальные пары [FAD^•− TrpH^•+] образуются, когда электроны начинают последовательно «перепрыгивать» по цепочке из трех или четырех остатков триптофана к нековалентно связанному хромофору — флавинадениннуклеотиду (FAD), возбуждаемому энергией света. Наличие таких магниточувствительных радикальных пар было показано для криптохромов арабидопсиса и дрозофилы, а также фотолиазы кишечной палочки. Однако до недавнего момента не было подтверждений магниточувствительности криптохромов мигрирующих животных, которые используют светочувствительный магнитный «компас».

Авторы новой работы, опубликованной в Nature, показали, что криптохром 4 (CRY4) зарянки (Erithacus rubecula) в условиях in vitro проявляет магниточувствительные свойства. Ученые рекомбинантно экспрессировали и очистили криптохром 4 зарянки. Дальнейшие эксперименты показали, что этот белок содержит радикальную пару [FAD^•− TrpH^•+], в состав которой входит цепочка из четырех остатков триптофана и окисленный FAD. Сайт-направленный мутагенез с заменой триптофана на фенилаланин, неспособный к передаче электронов, позволил установить, какую роль играет каждый остаток триптофана в образовании пары радикалов.

Ученые разработали несколько спектроскопических подходов для описания эффектов магнитного поля на функционирование криптохромов. В частности, они показали, что под действием лазера с длиной волны 450 нм три последних остатка триптофана в цепочке возбуждаются и принимают участие в восстановлении FAD и последовательно формируют радикальную пару. Магнитное поле порядка нескольких десятков миллитесла подавляет образование радикалов [FAD^•− TrpH^•+] в составе криптохрома 4 и соответственно, существенно влияет на его светопоглощение. Таким образом, радикальные пары в составе CRY4 зарянки формируют светочувствительный магнитный компас, реагирующий на магнитное поле Земли, которое составляет около 50 миллитесла.

Исследователи также сравнили чувствительность CRY4 немигрирующих птиц — курицы (Gallus gallus) и голубя (Columba livia) — с чувствительностью CRY4 мигрирующей зарянки. Магнитное поле порядка 50 миллитесла влияет на светопоглощение криптохромов курицы и голобя гораздо в меньшей степени, чем на светопоглощение CRY4 зарянки.

Стоит отметить, что описанные выше наблюдения были сделаны in vitro. По мнению авторов, необходимо продолжить изучение CRY4 in vivo с помощью прямых манипуляций с белком в глазах перелетных певчих птиц. Возможно, такие эксперименты станут технически возможны в ближайшем будущем.