리플렉틴

Reflectin
레우코포레 층 구성

리플렉틴은 유프라임나 스코로프, 도리터티스 오팔레스켄 등 일정 수의 세팔로포드에 의해 진화하여 무지개빛 위장 및 신호를 생산한 본질적으로 분열된 단백질 계열이다. 최근 확인된 단백질군은 방향족과 황 함유 아미노산을 풍부하게 함유하고 있으며 특정 세팔로포드에 의해 환경에서 입사광을 굴절시키는 데 활용된다.[1] 반사 단백질은 유기체의 동적 색소 침착과 발광에 책임이 있다. 이 과정은 되돌릴 수 있는 성질 때문에 "동적"으로, 위장하거나 경고신호를 보내야 하는 등 외부 요인에 대응해 반사신이 유기체의 외관을 변화시킬 수 있다.

반사 단백질은 크로마토세포라고도 알려진 유기체의 색소세포를 둘러싸고 있는 "피복세포"라고 불리는 세포의 외부층에 분포할 가능성이 높다.[2] 반사체의 구체적인 순서는 색과 반사율을 조정하여 서로 소통하고 위장하기 위해 세팔로포드(cephalopods)를 애블한다.[3]

기원

리플렉틴은 효소를 인코딩해 유전물질 내 위치를 바꿀 수 있는 DNA 서열인 트랜스포존(닉네임 점프 유전자)의 일종에서 유래한 것으로 추정된다. 인코딩된 효소는 게놈의 한 위치에서 트랜스포손을 분리하고 다른 위치로 묶는다. 트랜스포존의 "점프"는 세포의 유전적 정체성을 변화시키는 돌연변이를 만들어내거나 역전시킬 수 있으며, 이로 인해 새로운 특성이 나타날 수 있다. 이 과정은 "자르고 붙이는" 메커니즘이라고 생각할 수 있다. 트랜스포존스가 게놈에 적응해 정체성을 빠르게 바꾸는 능력은 반사체의 행동과 매우 유사한 특성이다.

또 다른 조상은 공생관계에서 흔히 발견되는 생물 발광(빛을 생산하고 방출하는) 박테리아인 공생 비브리오 피쉐리(Alivibrio fischeri라고도 한다)가 될 수 있다. 리플렉틴과 비브리오 피쉐리는 유기체에서 무지개빛 외모를 연출하는 등 비슷한 기능을 공유하기 때문에 비브리오 피쉐리처럼 리플렉틴이 공생하여 세팔로포드에 의해 환경과 상호작용하는 데 이용된다고도 생각된다.[4][5]

구조

리플렉틴은 보존된 아미노산 염기서열로 구성된 흐트러진 단백질이다. 각 순서는 표준 아미노산과 황 함유 아미노산의 조합을 포함한다. 기본 구조는 추론할 수 있지만 정확한 분자 구조는 아직 결정되지 않았다. 반사체의 가벼운 상호작용 특성은 순서가 정해진 계층 구조와 수소 결합에 기인할 수 있다.[6][7][8]

리플렉틴 인 막

리플렉틴은 세포막의 침입에 의해 형성되는 Bragg 반사체의 대부분을 차지한다. Bragg reflectors는 이리도세포라고 불리는 피부 세포의 한 종류에 색을 반사하는 역할을 한다. 반사체는 막에 묶인 조직의 얇은 층인 주기적으로 쌓인 라멜레로 구성된다. 많은 종들이 반사하는 빛의 색과 밝기는 브래그 라멜레의 두께, 간격, 굴절률(빛은 얼마나 빨리 막을 통해 이동할 수 있는가)에 의해 결정된다.[9] 막 두께의 변화는 브래그 라멜레에서 물의 유출을 유발하며, 기본적으로 그것을 탈수하여 굴절률을 높이고 두께와 간격을 감소시킨다. 이로 인해 브래그 라멜레로부터 반사율이 증가하고 반사광의 색상이 변하게 된다. 이 변화로 인해 초기에는 투명한 셀의 밝기가 증가할 수 있다.

메커니즘

리플렉틴은 연속적인 과정을 위한 신호로부터 정보를 수신하여 세피라포드의 아세포 구조물의 삼투압을 미세 조정할 수 있다. 이 진행중인 과정은 광학적 행동, 즉 유기체가 어떻게 색을 변화시키는가를 조절하는 데 사용된다. 반사된 성분은 매우 강한 양의 전하를 띤다. 신경 신호는 색소 함유 세포인 이리도포레 세포(chromatophores라고도 함)로 보내지며, 이 세포는 반사하기 위해 음전하를 첨가한다. 전하가 균형을 잡으면 단백질이 접혀 끈적끈적한 표면을 노출시켜 반사 분자가 뭉치게 된다. 이 과정은 세포벽 막의 유압을 변화시킬 수 있는 충분한 반사 단백질이 축적될 때까지 반복된다. 물이 빠져나갈수록 막의 두께는 감소하는데, 반사되는 빛의 파장을 바꾸는 과정이다.[2] 유기체 막이 다른 파장을 반사하도록 적응시킴으로써, 반사는 적색, 황색, 녹색, 파랑색의 다른 색상에서 이동하는 것은 물론 투사된 색의 밝기를 조절할 수 있게 한다.[10][11][12][13]

커런트 리서치

생명공학에 사용

튜닝 가능한 광학적 특성을 가진 인공 세포
조작된 포유류 세포에 의해 생성된 반사체 구조

반사체는 굴절률을 바꾸기 위해 포유류 세포에서 이성적으로 표현되어 왔다.[17]

참조

  1. ^ DeMartini DG, Izumi M, Weaver AT, Pandolfi E, Morse DE (June 2015). "Structures, Organization, and Function of Reflectin Proteins in Dynamically Tunable Reflective Cells". The Journal of Biological Chemistry. 290 (24): 15238–49. doi:10.1074/jbc.M115.638254. PMC 4463464. PMID 25918159.
  2. ^ a b Song, Junyi; Levenson, Robert; Santos, Jerome; Velazquez, Lourdes; Zhang, Fan; Fygenson, Deborah; Wu, Wenjian; Morse, Daniel E. (2020-03-17). "Reflectin Proteins Bind and Reorganize Synthetic Phospholipid Vesicles". Langmuir. 36 (10): 2673–2682. doi:10.1021/acs.langmuir.9b03632. ISSN 0743-7463. PMID 32097553.
  3. ^ Kim, Meeri (2017-08-21). "New research on reflectin proteins sheds light on cephalopods' camouflage". Scilight. 2017 (9): 090008. doi:10.1063/1.5000813.
  4. ^ Guan, Zhe; Cai, Tiantian; Liu, Zhongmin; Dou, Yunfeng; Hu, Xuesong; Zhang, Peng; Sun, Xin; Li, Hongwei; Kuang, Yao; Zhai, Qiran; Ruan, Hao (2017-09-25). "Origin of the Reflectin Gene and Hierarchical Assembly of Its Protein". Current Biology. 27 (18): 2833–2842.e6. doi:10.1016/j.cub.2017.07.061. ISSN 0960-9822. PMID 28889973.
  5. ^ "Research group discovers the origin of octopuses' instant modulation of body coloration". phys.org. Retrieved 2020-11-16.
  6. ^ "NSF Award Search: Award#1856055 - Molecular basis of tunable iridescence and excellent proton conductance of the reflectin assembly". www.nsf.gov. Retrieved 2020-11-16.
  7. ^ Kramer, Ryan M.; Crookes-Goodson, Wendy J.; Naik, Rajesh R. (July 2007). "The self-organizing properties of squid reflectin protein". Nature Materials. 6 (7): 533–538. Bibcode:2007NatMa...6..533K. doi:10.1038/nmat1930. ISSN 1476-4660. PMID 17546036.
  8. ^ a b "Structure of Reflectin Protein Probed by Solid-State Nuclear Magnetic Resonance Argonne National Laboratory". www.anl.gov. Retrieved 2020-11-16.
  9. ^ Ghoshal, Amitabh; DeMartini, Daniel G.; Eck, Elizabeth; Morse, Daniel E. (2013-08-06). "Optical parameters of the tunable Bragg reflectors in squid". Journal of the Royal Society Interface. 10 (85). doi:10.1098/rsif.2013.0386. ISSN 1742-5689. PMC 4043173. PMID 23740489.
  10. ^ Phan, Long; Kautz, Rylan; Arulmoli, Janahan; Kim, Iris H.; Le, Dai Trang T.; Shenk, Michael A.; Pathak, Medha M.; Flanagan, Lisa A.; Tombola, Francesco; Gorodetsky, Alon A. (2016-01-13). "Reflectin as a Material for Neural Stem Cell Growth". ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (1): 278–284. doi:10.1021/acsami.5b08717. ISSN 1944-8244. PMC 4721522. PMID 26703760.
  11. ^ Qin, Guokui; Dennis, Patrick B.; Zhang, Yuji; Hu, Xiao; Bressner, Jason E.; Sun, Zhongyuan; Crookes‐Goodson, Wendy J.; Naik, Rajesh R.; Omenetto, Fiorenzo G.; Kaplan, David L. (2013). "Recombinant reflectin-based optical materials". Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics. 51 (4): 254–264. Bibcode:2013JPoSB..51..254Q. doi:10.1002/polb.23204. ISSN 1099-0488.
  12. ^ Naughton, Kyle L.; Phan, Long; Leung, Erica M.; Kautz, Rylan; Lin, Qiyin; Van Dyke, Yegor; Marmiroli, Benedetta; Sartori, Barbara; Arvai, Andy; Li, Sheng; Pique, Michael E. (2016-07-25). "Self-Assembly of the Cephalopod Protein Reflectin". Advanced Materials. 28 (38): 8405–8412. doi:10.1002/adma.201601666. ISSN 0935-9648. PMID 27454809.
  13. ^ Levenson, Robert; Bracken, Colton; Sharma, Cristian; Santos, Jerome; Arata, Claire; Malady, Brandon; Morse, Daniel E. (2019-11-08). "Calibration between trigger and color: Neutralization of a genetically encoded coulombic switch and dynamic arrest precisely tune reflectin assembly". Journal of Biological Chemistry. 294 (45): 16804–16815. doi:10.1074/jbc.RA119.010339. ISSN 0021-9258. PMC 6851332. PMID 31558609.
  14. ^ "Synthetic Biology with Reflectin: Engineering a New Kind of Biomolecular Machine Institute for Collaborative Biotechnology (ICB) UCSB, MIT and Caltech". www.icb.ucsb.edu. Retrieved 2020-11-17.
  15. ^ Nathan, Stuart (2019-11-18). "Squid discovery could revolutionise molecular engineering". The Engineer. Retrieved 2020-11-17.
  16. ^ Phan, Long; Kautz, Rylan; Arulmoli, Janahan; Kim, Iris H.; Le, Dai Trang T.; Shenk, Michael A.; Pathak, Medha M.; Flanagan, Lisa A.; Tombola, Francesco; Gorodetsky, Alon A. (2016-01-13). "Reflectin as a Material for Neural Stem Cell Growth". ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (1): 278–284. doi:10.1021/acsami.5b08717. ISSN 1944-8244. PMC 4721522. PMID 26703760.
  17. ^ Chatterjee A, Cerna Sanchez JA, Yamauchi T, Taupin V, Couvrette J, Gorodetsky AA (June 2020). "Cephalopod-inspired optical engineering of human cells". Nature Communications. 11 (1): 2708. Bibcode:2020NatCo..11.2708C. doi:10.1038/s41467-020-16151-6. PMC 7266819. PMID 32488070.

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