Reflectin - Reflectin

Composition de la couche de leucophore

Les réflectines sont une famille de protéines intrinsèquement désordonnées développées par un certain nombre de céphalopodes dont les scolopes Euprymna et Doryteuthis opalescens pour produire un camouflage et une signalisation irisés . La famille de protéines récemment identifiée est enrichie en aromatiques et de soufre contenant des acides aminés , et est utilisé par certains céphalopodes à la lumière incidente réfractent dans leur environnement. La protéine réflectine est responsable de la pigmentation et de l'irisation dynamiques des organismes. Ce processus est «dynamique» en raison de ses propriétés réversibles, permettant à la réflectine de modifier l'apparence d'un organisme en réponse à des facteurs externes tels que la nécessité de se camoufler ou d'envoyer des signaux d'avertissement.

Les protéines de réflectine sont probablement distribuées dans la couche externe de cellules appelées «cellules de la gaine» qui entourent les cellules pigmentaires d'un organisme, également appelées chromatocytes. Des séquences spécifiques de reflets permettent aux céphalopodes de communiquer et de se camoufler en ajustant la couleur et la réflectivité.

Origine

La réflectine est présumée provenir d'un type de transposon (surnommés gènes sautants ), qui est une séquence d'ADN qui peut changer de position dans le matériel génétique en codant pour une enzyme . L'enzyme codée détache le transposon d'un emplacement dans un génome et le lie (se lie) à un autre. Les «sauts» de transposon peuvent créer ou inverser des mutations qui altèrent l'identité génétique d'une cellule, ce qui peut entraîner de nouvelles caractéristiques. Ce processus peut être considéré comme un mécanisme de «copier-coller». La capacité des transposons à s'adapter dans un génome et à changer rapidement son identité est une propriété qui ressemble étroitement au comportement de la réflectine.

Un ancêtre supplémentaire pourrait être Vibrio fischeri symbiotique (également appelé Aliivibrio fischeri) qui est une bactérie bioluminescente (produit et émet de la lumière) souvent trouvée dans des relations symbiotiques. Comme la réflectine et Vibrio fischeri partagent des fonctions similaires telles que la production d'une apparence irisée dans les organismes, on pense également que, tout comme Vibrio fischeri, Reflectin est symbiotique et est utilisée par les céphalopodes pour interagir avec leur environnement.

Structure

La réflectine est une protéine désordonnée constituée de séquences d'acides aminés conservées. Chaque séquence comprend une combinaison d'acides aminés standard et contenant du soufre. Bien que la structure de base puisse être déduite, la structure moléculaire exacte reste à déterminer. Les propriétés d'interaction de la lumière de la réflectine peuvent être attribuées à sa structure hiérarchique ordonnée et à sa liaison hydrogène .

Reflectin dans les membranes

La réflectine constitue la majorité des réflecteurs de Bragg qui sont formés par des invaginations de la membrane cellulaire. Les réflecteurs de Bragg sont responsables de la réflexion de la couleur dans un type de cellule cutanée appelée iridocyte . Les réflecteurs sont composés de lamelles périodiquement empilées qui sont de minces couches de tissu liées à une membrane. La couleur et la luminosité de la lumière réfléchie par de nombreuses espèces sont déterminées par l'épaisseur, l'espacement et l' indice de réfraction (à quelle vitesse la lumière peut traverser la membrane) des lamelles de Bragg. Un changement d'épaisseur de la membrane déclenche une sortie d'eau des lamelles de Bragg, la déshydratant essentiellement, augmentant leur indice de réfraction et diminuant l'épaisseur et l'espacement. Il en résulte une augmentation de la réflectance des lamelles de Bragg et un changement de couleur de la lumière réfléchie. Ce changement permet en outre aux cellules initialement transparentes d'augmenter leur luminosité

Mécanismes

Reflectin est capable de recevoir des informations à partir de signaux pour un processus continu pour affiner la pression osmotique des structures sous-cellulaires des cephlapodes. Ce processus continu est utilisé pour réguler le comportement photonique , ou en d'autres termes, contrôler la façon dont un organisme change de couleur. Les composants de la réflectine portent une très forte charge positive. Les signaux nerveux sont envoyés aux cellules iridophores (également appelées chromatophores) qui sont des cellules contenant des pigments qui ajoutent une charge négative à la réflectine. Avec les charges équilibrées, la protéine se replie pour exposer une surface collante, provoquant l'agrégation des molécules réfléchissantes. Ce processus se répète jusqu'à ce que suffisamment de protéines de réflectine se soient accumulées pour modifier la pression du fluide de la membrane des parois cellulaires. L'épaisseur de la membrane diminue à mesure que l'eau s'échappe, un processus qui change la longueur d'onde de la lumière réfléchie. En adaptant une membrane d'organismes pour refléter différentes longueurs d'onde, la réflexion permet aux cephlapodes de passer de différentes couleurs de rouge, jaune, vert et bleu ainsi que d'ajuster la luminosité de la couleur projetée.

Les recherches en cours

• Les équipes de recherche de l'ICB ( Institute for Collaborative Biotechnologies ) ont découvert que l'assemblage de la réflectine peut être ajusté électriquement, suggérant une nouvelle approche de contrôle des machines à protéines similaire à la réflectine Manipulation biotique-abiotique par réglage électrique de l'assemblage de la réflectine
• Les chercheurs de l' Université de Californie à Santa Barbara (UCSB) peuvent avoir des implications pour l'ingénierie moléculaire sur la base de mécanismes similaires aux transformations contrôlées par la réflectine. Les découvertes sur la réflectine pourraient même ouvrir la voie vers des traitements pour la maladie d'Alzheimer. Les processus utilisés par la réflectine sont similaires à ceux observés lorsque les protéines s'assemblent dans le cerveau au cours de la progression de maladies liées aux protéines telles que la maladie d'Alzheimer et la maladie de Parkinson. Comprendre comment la pathologie endommageant le cerveau pourrait être inversée .
• Les chercheurs pensent que les mécanismes réversibles utilisés par la protéine de réflectine peuvent être répliqués pour développer des cellules et des tissus humains vivants dynamiques. Ces découvertes pourraient être appliquées au développement d'outils biophotoniques utilisés en science des matériaux et en bio-ingénierie Ingénierie optique des cellules humaines
• Sur la base de la fonction de la réflectine pour camoufler les céphalopodes, les chercheurs pensent qu'il est possible de créer un matériau utilisé pour la croissance des cellules neurales et progénitrices humaines. Utilisation de la réflectine comme matériau pour la croissance des cellules souches neurales

Utilisation en bio-ingénierie

Cellules humaines conçues avec des propriétés optiques accordables

Structures de réflectine produites par des cellules de mammifères modifiées

Les réflectines ont été exprimées de manière hétérologue dans des cellules de mammifères pour modifier leur indice de réfraction .

Les références

Lectures complémentaires