Фотолиаза/криптохром Aspergillus nidulans чувствует окислительный стресс и перемещается из ядра в митохондрии

Как грибы ощущают свет и стресс

Солнечный свет поддерживает жизнь растений и грибов, но вместе с тем несёт угрозы — повреждение ДНК и образование токсичных кислородсодержащих соединений. В этом исследовании показано, как обычная плесень Aspergillus nidulans использует один белок, названный CryA, чтобы одновременно фиксировать свет и окислительный стресс и защищать себя. Понимание такого «двойного датчика» не только расширяет наши знания о том, как микробы справляются с неблагоприятными условиями, но и может прояснить, каким образом клетки в целом координируют сигналы между ядром и энергопроизводящими митохондриями.

Фермент восстановления, чувствительный к синему свету, с незаметной ролью

CryA относится к семейству белков, известных восстановлением повреждений ДНК, вызванных ультрафиолетом. Эти белки, фотолиазы и криптохромы, используют светопоглощающую молекулу (флавин), чтобы улавливать синий свет и исправлять разорванные основания ДНК. Исследователи подтвердили, что CryA имеет классическую архитектуру фермента восстановления ДНК, связывает характерные светосборные кофакторы и вяляется в кластере с известными фотолиазами на филогенетических деревьях. По этим признакам CryA выглядел бы как обычный ремонтный инструмент. Тем не менее ранние работы намекали, что он также влияет на развитие гриба, ведя себя скорее как регулируемый светом переключатель, а не как простой молекулярный «механик».

Главный регулятор для светочувствительных генов

Чтобы выявить регуляторную сторону CryA, команда проследила его локализацию в клетке и как изменение уровня белка влияет на рост гриба. Установили, что в нормальных условиях CryA накапливается в ядре, где хранится ДНК. При удалении гена cryA гриб образовывал больше половых структур; при искусственном избыточном синтезе CryA формирование обычных бесполых спор почти полностью блокировалось, оставляя бледные, пушистые колонии. Тесты экспрессии генов показали, что без CryA многие свет-индуцированные и связанные с развитием гены включались слишком сильно, а при переэкспрессии CryA — слишком слабо. В совокупности эти результаты раскрывают CryA как элемент отрицательной обратной связи: свет повышает уровень cryA, CryA затем перемещается в ядро и сдерживает гены, вызванные светом и развитием, не давая ответу выйти из-под контроля.

Взаимодействие с главными путями сигнала света и стресса

Гриб уже опирается на другой фоторецептор — красночувствительный фитохром (FphA), а также на сигнальный путь стресса, завершающийся фактором транскрипции AtfA. С помощью тестов белок–белковых взаимодействий в живых клетках и с очищенными белками исследователи показали, что CryA физически связывается в ядре как с FphA, так и с AtfA. При удалении cryA гены, обычно активируемые красным светом через фитохром, выражались сильнее; при переэкспрессии cryA их было труднее включить. Хроматиновые эксперименты указали, что при отсутствии CryA ключевой светочувствительный ген несёт больше маркировок активирующих гистонов, что предполагает: обычно CryA ослабляет активирующую деятельность фитохрома по открыванию хроматина. По сути CryA одновременно притормаживает и световой сенсор, и нисходящий фактор транскрипции, выступая общей «тормозной системой» для световой и стрессовой сигнализации.

Быстрый сенсор стресса, перескакивающий в митохондрии

Окислительный стресс — избыток реактивных форм кислорода, например перекиси водорода — представляет постоянную угрозу для клетки. Авторы обнаружили, что такой стресс, как и свет, усиливает экспрессию cryA. Поразительно, но при добавлении перекиси водорода CryA перемещался из ядра в митохондрии менее чем за минуту. Для этого переселения была необходима короткая гибкая «хвостовая» часть на N-конце белка и в частности одна остаточная цистеинная аминокислота в ней. Когда эта цистеин замещали на другой остаток, CryA уже не мог покинуть ядро при стрессе. Удаление N-концевого участка заставляло CryA постоянно локализоваться в митохондриях. Эти сконструированные штаммы по-разному реагировали на окислители: версии CryA, ограниченные только ядром или только митохондриями, изменяли устойчивость гриба к перекиси водорода и менадиону и перекраивали экспрессию антиоксидантных генов. Полученные данные предполагают, что CryA делает не только роль сенсора стресса — он, возможно, помогает координировать связь между митохондриями и ядром, так чтобы антиоксидантные защиты соответствовали типу и уровню повреждения.

Почему это важно

Для неспециалиста CryA можно представить как клеточного регулировщика движения, который наблюдает и за внешним светом, и за внутренним окислительным стрессом, а затем решает, когда замедлить рост, развитие и активность генов. Перемещаясь между ядром и митохондриями и подключаясь к основным сигнальным маршрутам, он не позволяет грибу переусердствовать в ответ на свет или стресс, сохраняя при этом возможность быстрой защитной реакции. Похожие белки и механизмы встречаются у многих организмов, поэтому эта работа даёт окно в то, как живые клетки интегрируют внешние сигналы с внутренними признаками повреждения, чтобы выживать в изменяющемся мире.

Цитирование: Landmark, A., Rudolf, T., Hundshammer, K. et al. The photolyase/cryptochrome of Aspergillus nidulans senses oxidative stress and shuttles from nuclei to mitochondria. Nat Commun 17, 1483 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69403-2

Ключевые слова: световое восприятие, окислительный стресс, криптохром, митохондрии, развитие грибов