果蝇非典型肌球蛋白DmMyo5参与复眼光适应的分子机制

Compound eyes, the most important visual organ in insects, are composed of many ommatidia. Drosophila compound eyes have been subjected to intensive investigation. To adapt different light intensity, each ommatidia of Drosophila compound eyes can adjust the amount of light reaching the rhabdom, a process called deep pseudopupil (DPP). Drosophila unconventional myosin-5 (DmMyo5) plays a key role in DPP by transporting pigment from the distal end to the proximal end of the pigment cells. It is generally accepted that the light induces Ca2+ transient, which in turn activates DmMyo5 to transport pigments, thus regulating the amount of the received light. However the underlined mechanism is still not known. In the proposed project, we will take a multidisciplinary approach (kinetic analysis, single molecular approach, and biochemical characterization, etc.) to investigate the molecular regulation of DmMyo5 and characterize its motor function. The specific aims are 1) To analyze the kinetics of the interaction Ca2+ activation of DmMyo5; 2) To characterize the processivity of DmMyo5; and 3) To identify the DmMyo5-binding proteins in compound eyes. The project will shed light on the molecular mechanism of DPP in the compound eyes of Drosophila as well as other insects.

昆虫复眼由大量的小眼组成，是昆虫最主要的感光器官。果蝇复眼是目前研究最为深入的昆虫复眼。在不同光照环境下，果蝇复眼的小眼可以通过瞳孔反应调节入光量，维持最佳感光状态。果蝇的瞳孔反应是通过控制色素颗粒迁移实现的：暗光条件下，色素颗粒位于小眼感光细胞周边，不妨碍光线的通过；强光下，色素颗粒迁移到感杆基部，阻挡部分光路，降低入光量。研究表明，果蝇非典型肌球蛋白DmMyo5在瞳孔反应的色素颗粒迁移中起着关键作用。一般认为光照引起感光细胞内钙离子瞬时升高，激活DmMyo5运动活性，携带色素颗粒运动。但相关分子机制仍不清楚。本研究将通过动力学分析，结合体外单分子技术和生物化学方法，研究DmMyo5的活性调节机制及运动特性，包括1）分析DmMyo5响应钙信号的动力学特性；2）确定DmMyo5持续运动特性；3）鉴定DmMyo5在复眼中的靶货物蛋白。本研究将为揭示果蝇乃至昆虫复眼瞳孔反应的分子机制奠定基础。

昆虫复眼由大量的小眼组成，是昆虫最主要的感光器官。果蝇复眼是目前研究最为深入的昆虫复眼。在不同光照环境下，果蝇复眼的小眼可以通过瞳孔反应调节入光量，维持最佳感光状态。果蝇的瞳孔反应是通过控制色素颗粒迁移实现的：暗光条件下，色素颗粒位于小眼感光细胞周边，不妨碍光线的通过；强光下，色素颗粒迁移到感杆基部，阻挡部分光路，降低入光量。研究表明，果蝇非典型肌球蛋白DmMyo5在瞳孔反应的色素颗粒迁移中起着关键作用。一般认为光照引起感光细胞内钙离子瞬时升高，激活DmMyo5运动活性，携带色素颗粒运动。但相关分子机制仍不清楚。本研究通过动力学分析，结合体外单分子技术和生物化学方法，研究DmMyo5的活性调节机制及运动特性。主要研究结果包括：测定了DmCaM/IQ1 复合物响应 Ca2+信号的动力学和热力学参数，分析了DmMyo5 的马达头部及 Mlc-C/IQ2 对 DmCaM/IQ1 的 Ca2+解离速率的影响。体外单分子实验结果表明，DmMyo5不能在F-actin及fascin-Actin bundle上做持续性运动。利用生物化学方法鉴定了3种蛋白与DmMyo5尾部的相互作用，发现均与GTD结合。对上述实验结果进行分析和整理，提出了Ca2+激活 DmMyo5 马达功能的分子机制，该部分结果已在Cell Calcium期刊发表。