Почти два века зелёная окраска маскирующих насекомых привлекала внимание исследователей, но точный молекулярный механизм её возникновения оставался загадкой. Учёные ФИЦ Биотехнологии РАН вместе с коллегами из МГУ и ИБХ РАН обнаружили и описали уникальный зеленый белок из покровов певчего кузнечика Tettigonia cantans, определяющий цвет насекомого. журнале PNASИсследователи выявили трехмерную структуру белка DBXN. Удивительно, что близкими к нему оказались белки, участвующие в накоплении питательных веществ в яйцах живорождающихся животных. Подобный механизм формирования окраски авторы статьи обнаружили также у некоторых гусениц и пауков. Исследование осуществлялось при поддержке Минобрнауки России.
Певчий кузнечик Tettigonia cantans В средней полосе России встречается этот крупный представитель семейства. Многие из нас неоднократно слышали его громкое стрекотание в траве и кустах теплыми летними вечерами. Другой характерный признак этого насекомого — маскировочная окраска, благодаря которой его трудно заметить в зеленой листве. Химическая природа пигментов, отвечающих за цвет кузнечиков, была определена еще в середине XX века, однако молекулярный механизм, обеспечивающий их накопление, неизвестен. Найти ответ на этот вопрос смогли сотрудники ФИЦ Биотехнологии РАН.
Для этого разделили водорастворимую фракцию из покровов кузнечика и очистили от примесей белок изумрудного оттенка. При добавлении к белку органических растворителей окраска разделилась по фазам на желтую и синюю из-за двух разных пигментов. Желтым пигментом оказался ксантофилл лютеин, в то время как синий компонент имел билиновую природу. Исследователи дали ему название дибилиноксантинин (сокращенно — DBXN), где «ди» указывает на два красителя, а «билин» и «ксантин» — на их названия.
«С первых шагов работы с белками, связывающими каротиноиды, появилась мечта открыть новый цветной белок. Полученный опыт позволил сформулировать, где, что и какими методами стоит искать. Исходно не знали, в каком конкретно насекомом найдется новый белок, но после предварительных исследований выбор пал именно на кузнечиков. Непередаваемые ощущения. — Впервые ощущать вес пробирки с красящим белком, ранее никем не изученным. »— сообщил Никита Егоркин, младший научный сотрудник. лаборатории белок-белковых взаимодействий ФИЦ Биотехнологии РАН.
Поскольку полный геном певчего кузнечика еще не расшифрован, исследователям пришлось определить аминокислотную последовательность DBXN самостоятельно. Поиск в базах данных генов выявил, что ближайшими родственниками DBXN являются вителлогенины — белки, отвечающие за накопление жиров в яйцах у животных, откладывающих яйца. Ученые пришли к заключению, что DBXN представляет собой сильно измененную форму вителлогенина и продемонстрировали, что зеленый белок образуется как у самок, так и у самцов.
Чтобы выяснить, как DBXN связывает два пигмента, биохимики определили условия кристаллизации белка и установили его пространственную структуру. Дибилиноксантинин состоит из двух идентичных половинок, каждая из которых включает несколько белковых фрагментов. Вместе они образуют «мешочек» с объемной внутренней полостью, где биохимики обнаружили две молекулы лютеина, две молекулы билина и четыре молекулы фосфатидилхолина. При уточнении структуры оказалось, что в состав DBXN входит необычное производное билина, не встречавшееся ранее в структурах других белков. Структура оказалась уникальной и стала одной из первых известных структур для вителлогенинов.
Биологи изучили несколько видов членистоногих с зеленой окраской. Выяснилось, что зеленый цвет у них формируется по-разному: у одних пигменты каротиноиды и билины связаны в единый белковый комплекс, подобный DBXN, а у других — находятся в отдельных белках. Среди исследованных членистоногих в едином комплексе оба пигмента присутствовали у некоторых гусениц и пауков. Зеленый белок, выделенный из паука… Micrommata virescensПроведенный методом масс-спектрометрии анализ показал родство с вителлогенинами. Открытие важно потому что подтверждает гипотезу о самостоятельном развитии комбинации пигментов в одном зеленом белке у различных групп наземных членистоногих в процессе эволюции.
«Структура дибилиноксантинина уникальна тем, что отвечает сразу нескольким вопросам: тайну зеленого цвета кузнечиков, разгадка которой занимала исследователей более ста лет; редкостное сожительство двух пигментов, билина и каротиноида, внутри одного компактного водорастворимого белка; впервые определённую структуру белка-вителлогенина с высокой детализацией. Открытие проливает свет на возникновение удивительных новых форм белков с яркими функциями в ходе эволюции. », — сообщает Николай Случанко, заведующий лабораторией белок-белковых взаимодействий ФИЦ Биотехнологии РАН.
Источник информации и фото: ФИЦ Биотехнологии РАН