Команда исследователей Университета Брауна обнаружила, что опсин 3 — белок, тесно связанный с родопсином, белком, который обеспечивает слабое зрение — играет роль в регулировании количества пигмента, вырабатываемого в коже человека, который в свою очередь отвечает за определение цвета кожи человека.
Когда люди проводят время на солнце без надлежащей защиты кожи, ультрафиолетовое (УФ) излучение солнца сигнализирует коже производить больше меланина, который защищает от раковых эффектов излучения, и кожа становится темнее. Существует две части солнечного УФ-излучения: коротковолновое излучение или UVB и длинноволновое излучение или UVA. Каждый тип излучения воспринимается коже по разному; как работает UVB и как оно формирует загар мы уже знаем.
С другой стороны, ученые знают меньше о том, как кожа воспринимает и реагирует на UVA, более распространенный вид солнечного УФ-излучения. Елена Оанча, доцент кафедры молекулярной фармакологии, физиологии и биотехнологии Университета Брауна, изучала именно этот вопрос. В 2015 году, когда ее команда раскрыла первые доказательства того, что меланоциты, специализированные клетки кожи, которые производят пигмент меланин, обладают достаточным количеством опсина 3, они думали, что опсин 3 обнаруживает UVA и сигнализирует организму увеличить продукцию меланина.
Спустя четыре года, выводы группы были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Мы нашли роль опсина 3 в человеческих меланоцитах и выяснили молекулярные шаги, которые позволяют опсину 3 достичь этой функции», — сказала Оанча. «Опсин 3 регулирует сколько пигмента производят клетки, но, удивительно, он делает это независимо от света. Этот механизм является новой парадигмой для опсинов. Как только мы узнаем больше об опсине 3, это может помочь нам в лечении нарушений пигментации.»
Вооружившись своей первоначальной гипотезой о том, что опсин 3 опознает излучение UVA, заставляя ионы кальция наводнять меланоциты и запуская производство меланина, команда приступила к экспериментам. Рана Оздеслик, аспирант, которая получила докторскую степень в Университете Брауна в 2017 году и продолжила работу над проектом в качестве научного сотрудника, использовала инструмент генной инженерии, чтобы значительно уменьшить количество опсина 3 в культивируемых меланоцитах человека.
Когда Оздеслик подвергал клетки кожи почти без опсина 3 ультрафиолетовому свету, они все еще производили ионы кальция. Их первоначальная гипотеза была ошибочной.
«Нашим первым большим сюрпризом было то, что опсин 3 не является детектором UVA», — сказал Оанча.
Когда команда планировала следующие шаги, Оздеслик заметила, что клетки кожи без опсина 3 казались намного темнее, сказал Оанча. Это был второй сюрприз. Действительно, когда они измеряли меланин, меланоциты делали больше пигмента в отсутствие опсина 3. Следующим шагом было выяснить, как это происходит.
В этот момент в исследовательском процессе к команде присоединилась аспирант Университета Брауна Лорен Олински. Вместе они обнаружили, что опсин 3 изменяет активность рецептора меланокортина-1, белка, который, как известно, увеличивает синтез циклического аденозинмонофосфата (цАМФ), молекулярного сигнала, который запускает производство меланина. Опсин 3 регулирует производство меланина путем уменьшения уровня цАМФ, который вырабатывается меланокортином-1. Это был третий сюрприз проекта.
Команда определила, что, как и ожидалось, опсин 3 связывает сетчатку, форму витамина А, которая необходима для восприятия света во всех белках, связанных с родопсином. Однако они не смогли обнаружить опсин 3, поглощающий любую длину волны света. Это был их четвертый сюрприз, и Оанси до сих пор находит его весьма загадочным. Она сказала, что, возможно, сетчатка служит какой-то структурной целью или что опсин 3 поглощает свет в диапазоне длин волн, который трудно измерить.
В конечном счете, команда определила, что опсин 3 уменьшает производство меланина в клетках кожи, уменьшая уровни важного молекулярного сигнала, но эта регуляция, похоже, не запускается светом.
Теперь, когда они определили роль опсина 3 в пигментации кожи, команда стремится узнать, в каких других частях тела производится опсин 3 и какие функции он может выполнять. Олински работает над вопросом, как определить, где и как опсин 3 функционирует в мозге, где он был впервые обнаружен.
Вывод о том, что опсин 3 может регулировать количество пигментных меланоцитов, предполагает, что опсин 3 может быть мишенью для лечения нарушений пигментации. Нарушения гиперпигментации характеризуются слишком большим количеством меланина; нарушения гипопигментации, такие как альбинизм, характеризуются слишком малым количеством меланина, что значительно повышает чувствительность пациентов к солнечному УФ-излучению и восприимчивость к раку кожи. Большинство нарушений пигментации не имеют доступных методов лечения. Прежде чем ученые смогут нацелиться на опсин 3 в коже, им нужно понять, что он делает в других частях тела и научиться включать или выключать его активность, сказал Оанча.
Источник: Brown University