Nytt fotopigment funnet hos fisk

Transkript

1 Nytt fotopigment funnet hos fisk I vår molekylære søken etter synspigmenter hos torsk ble et nytt fotopigment funnet, som tidligere ikke er kjent fra teleoster. Dette fotopigmentet hører til melanopsin familien og har større likhet med synspigmenter fra insekt enn fra vertebrater. Dette fotopigmentet finnes ikke i tradisjonelle fotoreseptorceller som staver og tapper, men i celletyper som vanlig vis ikke er regnet for å være fotosensitive. Melanopsin finnes både i retina og i hjernen. Bakgrunn og mål Det fleste organismer har et spesielt sensorisk system for å oppfatte lys. Proteinet opsin har en nøkkel rolle i lys deteksjon. Lysstrålen blir absorbert av opsinet og dets kromofor (retinal) som endrer fasong og setter i gang nerveimpulser til hjernen. Synspigmenter er en klasse av opsiner som finnes i fotoreseptorcellene. Rod-opsin finnes i stavcellene og utgjør fundamentet for syn ved lave lys intensiteter, mens coneopsin finnes i tappcellene og danner grunnlaget for fargesyn. En organisme har gjerne flere typer tappceller som utrykker forskjellige cone-opsiner med ulik lys absorbans, og dermed er sensitiv to ulike deler av lysspekteret (farger). Fargesyn fremkommer ved å sammenstille informasjon fra disse ulike fotoreseptorcellene. Målet med prosjektet var å karakterisere utviklingen av syn hos torsk og sild, ved å studere fotoreseptorcellene og deres synspigmenter. Resultater Strategien som ble valgt gikk ut på å isolere flest mulige opsin gener fra retina hos sild og torsk ved hjelp av "polymerase chain reaction" (PCR). RNA prober ble så laget av de isolerte genene og bruk til in situ hybridisering for spesifikk farging av fotoreseptorceller etter hvilke opsin gen cellene utrykte og dermed hvilke farge av lyset de detekterer. Kloning og karakterisering av fotopigment Fra sild og torsk har vi isolert 8 ulike synspigmenter i tillegg har vi isolert 2 melanopsiner fra torsk. Opsin genene ble isolert ved degenerert PCR. Figur 1 viser et fylogenetisktre over ulike opsin fra teleoster hvor de genene merket med grått er de som vi har klonet i vårt laboratorium. Fra både torsk og sild har vi klonet to opsiner som begge tilhører familien av grønn opsiner. Dette er svært interessant siden synssystemer til sild og torsk dermed kan ha muligheten for en svært god fargeoppløsning i det grønne område av lysspekteret. Dette kan være en tilpasning til å leve i fytoplankton rike omgivelser hvor grønt lys er dominerende. Fra torsk har vi klonet blå-sensetiv opsin, mens vi fra sild har klonet rød-sensitiv opsin. Selv etter mange forsøk har vi ikke greid å isolere ultrafiolett opsin fra verken torsk eller sild. Vi kan ikke med sikkerhet si om opsin familiene vi ikke har isolert mangler hos en art siden årsaken også kan være at våre metoder ikke har plukket opp disse genene. Når det gjelder ultrafiolett opsin har vi klonet disse fra piggvar og kveite med tilsvarende metode. Mikrospektrofotometriske studier på larver av Stillehavs torsk og sild har heller ikke gitt indikasjoner om at disse artene har opsiner som er ultrafiolett sensetive noe som også indikerer at disse opsinene ikke er utrykt hos sild og torsk. I tillegg til disse ulike cone opsinene har vi også klonet rod opsin fra sild og torsk. Utrykk av melanopsin i retina I retina uttrykkes melanopsin 1 i horisontal celler og i noen amakrine/ganglion celler, mens melanopsin 2 uttrykkes bare i amakrine/ganglion lignende celler. Hvilke funksjon disse lysreseptorene har i det ulike celletypen er ikke kjent. Spesielt vet vi lite om funksjonen disse reseptorene ha i horisontalcellene som har direkte nevronal kontakt med fotoreseptorcellene. Hos mus er det vist at melanopsin i ganglioncellene er involvert i regulering av døgnrytme tilpasning. Utrykk av melanopsin i hjernen

2 Også i hjernen er det to melanopsinene uttrykt i ulike celler i to regioner, habenula og suprachiasmatic nucleus. Begge disse områdene er viktige integreringssentra i hjernen for funksjoner relatert til lys påvirkede prosesser som døgnrytme og sesongvariasjoner. Nytteverdi og anvendelse Oppfattelse av lys og dannelse av bilde/ syn er et av de viktigste sanse inntrykkene en organisme har. Bedre forståelse av disse sansene er viktig for å kartlegge hvordan marinfisk er tilpasset sit naturlige livsmiljø og hvordan en må ta hensyn til dette ved oppdrett av disse artene. Bilder/illustrasjoner Fig 1. Fylogenetisktre over ulike opsin familier hos teleoster. Opsin sekvens fra blekksprut er brukt som utgruppe. Treet er konstruert ved bruk av "maximum likelihood" metoden med aminosyre sekvens som utgangspunkt.

3 Fig. 2. viser utrykket av melanopsin i ulike celletyper i retina hos torsk på ulike stadier i utviklingen (dag1 A-E; dag 40 F,G og juvenil H-K) Se Drivenes et al Journal of Comparativ Neurology 456:84-93

4 Fig 3. Celler som utrykker melanopsin (1 A-C og 2 D) i hjernen fra juvenil torsk. Se Drivenes et al Journal of Comparative Neurology 456:84-93 Prosjekttittel: UV vision in marine pelagic fish larvae Prosjektnummer: /120 Periode: Samlet finansiering fra Forskningsrådet (NOK): Institusjon: Molekylærbiologisk institutt Universitet i Bergen Internett: Relevante pekere: Prosjektleder: Jon Vidar Helvik

5 Kontaktdata: Jon Vidar Helvik Molekylærbiologisk institutt UiB 5020 Bergen Tel E-post: