Los mutantes l-cry–/– son alelos de pérdida de función. una descripción general del locus genómico l-cry para wt y mutantes. Ambos alelos mutantes dan como resultado un cambio de marco temprano y codones de terminación prematuros. El alelo Δ34 tiene una deleción adicional de 9 pb en el exón 3. b Western blot de cabezas de P. dumerilii sondeadas con anticuerpo anti-L-Cry. En el contexto de investigaciones adicionales, tales transferencias Western de mutantes frente a tipos salvajes se han realizado más de 10 veces con resultados muy consistentes. Ver también análisis adicionales en este manuscrito y ref. 36. c descripción general de P. dumerilii. d hibridación in situ de montaje completo contra ARNm de l-cry en cabeza de gusano. ae, ojo anterior; pe, ojo posterior. e–j Inmunohistoquímica de cabezas de gusano prematuras de tipo salvaje (e–h) y mutantes (i, j) muestreadas en zt19/20 usando anticuerpo anti-L-Cry (verde) y tinción de Hoechst (magenta), vistas dorsales, anterior hacia arriba . e, f:imágenes de pila z (proyecciones máximas de 50 capas, 1,28 µm cada una) en el área resaltada por el rectángulo en (d), mientras que (g–j) son imágenes de una sola capa del área resaltada por los rectángulos blancos en (e, f). En el contexto de investigaciones adicionales, tales tinciones de mutantes frente a tipos salvajes se han realizado más de 10 veces con resultados muy consistentes. Crédito:Comunicaciones de la naturaleza (2022). DOI:10.1038/s41467-022-32562-z
No se comprende bien cómo los animales son capaces de interpretar las fuentes de luz natural para ajustar su fisiología y comportamiento. Los laboratorios de Kristin Tessmar-Raible (Max Perutz Labs Vienna, Alfred Wegener Institut, University of Oldenburg) y Eva Wolf (Johannes Gutenberg University and Institute of Molecular Biology Mainz) ahora han revelado que una molécula llamada L-criptocromo (L-Cry) tiene las propiedades bioquímicas para discriminar entre las diferentes fases de la luna, así como entre la luz del sol y la de la luna. Sus hallazgos, publicados en Nature Communications , muestran que L-Cry puede interpretar la luz de la luna para arrastrar el reloj mensual (circalunar) de un gusano marino para controlar la maduración sexual y la reproducción.
Muchos organismos marinos, incluidas las algas pardas, los peces, los corales, las tortugas y los gusanos de cerdas, sincronizan su comportamiento y reproducción con el ciclo lunar. Para algunas especies, como el gusano de cerdas Platynereiis dumerilii, los experimentos de laboratorio han demostrado que la luz de la luna ejerce su función de tiempo al arrastrar un calendario mensual interno, también llamado reloj circalunar. Bajo estas condiciones de laboratorio, imitar la duración de la luna llena es suficiente para sincronizar estos relojes circalunares. Sin embargo, en los hábitats naturales, las condiciones de luz pueden variar considerablemente. Incluso la interacción regular del sol y la luna crea patrones muy complejos. Los organismos que utilizan la luz lunar para su sincronización necesitan discriminar entre fases lunares específicas y entre el sol y la luz de la luna. Esta habilidad no se entiende bien.
"Ahora hemos revelado que una molécula receptiva a la luz, llamada L-Cry, es capaz de discriminar entre diferentes valencias de luz", dice la coautora del estudio, Birgit Poehn. Este Cryptochrome sirve como un sensor de luz que puede medir la intensidad y la duración de la luz, lo que ayuda a los animales a elegir la luz "adecuada" para ajustar adecuadamente su sistema de tiempo mensual.
En colaboración con el laboratorio de Eva Wolf, el equipo caracterizó L-Cry desde su bioquímica hasta su genética funcional. "Descubrimos que la capacidad de L-Cry para interpretar la luz se correlaciona con distintos estados moleculares de L-Cry", explica Birgit Poehn. En particular, el criptocromo contiene cofactores, componentes no proteicos esenciales para su función. Estos cofactores, llamados dinucleótidos de flavina y adenina (FAD), experimentan cambios bioquímicos bajo la influencia de la luz, donde el FAD oxidado adaptado a la oscuridad pasa a un estado de FAD fotorreducido.
El coautor Shruthi Krishnan determinó que las proteínas L-Cry expuestas a la luz natural de la luna acumulan los bajos números de fotones de la luz de la luna durante horas, pero como mucho solo la mitad de los FAD se fotorreducen. Por el contrario, el número de fotones más de 10.000 veces mayor de la luz solar naturalista utilizada en los experimentos provoca una rápida fotorreducción de todas las moléculas de FAD en cuestión de minutos. Los autores sugieren que, en consecuencia, L-Cry adquiere distintas propiedades estructurales y bioquímicas según el estado combinatorio de los FAD en su dímero. Por lo tanto, sirve no solo como un sensor de luz eficiente, sino también discriminatorio en una gama extremadamente amplia de intensidades de luz natural.
Los científicos también pudieron demostrar que L-Cry sufre cambios en su localización subcelular, dependiendo de su exposición a la luz del sol o de la luna. Cómo esta localización diferencial se traduce en diferentes vías de señalización que controlan el comportamiento y la fisiología, y cómo se logra el transporte de L-Cry inducido por la luz entre el núcleo y el citoplasma, son preguntas clave que serán objeto de estudios posteriores.
El mecanismo, sin embargo, también es relevante para otros relojes biológicos y procesos controlados por la luz:"Creemos que lo que hemos descubierto va más allá del sistema de tiempo mensual", dice Eva Wolf. Kristin Tessmar-Raible agrega:"Podría ser un proceso más general que ayude a los organismos a reconocer las fuentes de luz, lo cual es de importancia ecológica clave para cualquier organismo que ajuste su fisiología y comportamiento a la luz. Además, la luz de la luna no es solo una versión tenue de luz del sol, tiene implicaciones temporales-ecológicas muy diferentes para los organismos".
En consecuencia, las perturbaciones provocadas por la contaminación lumínica nocturna suponen una grave amenaza para los ecosistemas naturales y también para la salud humana. Una mejor comprensión de cómo se detecta y procesa la luz de la luna también puede ayudar a evaluar y mitigar los impactos negativos de la luz artificial. Cómo la luz de la luna afina la reproducción animal
