Des chercheurs de l'Institute for Molecular Sciences ont rapporté qu'une protéine photoréceptrice exprimait dans le cerveau un zooplancton annélide marin ( Platynereis dumerilii ) est sensible aux UV. Ce travail a été réalisé en collaboration avec les Drs. Hisao Tsukamoto et Yuji Furutani (Institut de science moléculaire) avec les Drs. Yoshihiro Kubo et I-Shan Chen (Institut national des sciences physiologiques). Cette étude a été publiée en ligne dans le Journal de chimie biologique le 16 juin, 2017.

La plupart des animaux utilisent des signaux lumineux externes pour la vision et les fonctions photoréceptives « non visuelles », comme la régulation des comportements circadiens. Dans certains cas, les cellules photoréceptrices situées à l'extérieur des yeux sont impliquées dans la photoréception non visuelle. Des études antérieures ont montré que les larves de l'annélide Platynereis dumerilii (ver de terre marin), qui sont étudiés comme modèle de zooplancton, possèdent des cellules photoréceptrices dans le cerveau, et les cellules régulent les comportements de nage circadienne. De façon intéressante, les cellules photoréceptrices du cerveau de Platynereis expriment une opsine qui est étroitement liée aux pigments visuels de nos cellules photoréceptrices visuelles (bâtonnets et cônes). Le zooplancton montre un mouvement circadien synchronisé connu sous le nom de migration verticale journalière (DVM), se déplaçant vers le haut dans l'eau la nuit et vers le bas le jour. Le DVM est probablement le plus grand mouvement quotidien de biomasse, comparable aux déplacements humains. Étant donné qu'une cause majeure de DVM est d'éviter d'endommager l'irradiation UV (ultra-violette), Une régulation DVM dépendante de la lumière via les cellules photoréceptrices du cerveau a été suggérée.

Cette étude a montré que le Platynereis opsin peut recevoir et transmettre des signaux UV. Contrairement aux opsines visuelles des vertébrés, l'opsine peut se lier directement au tout-trans-rétinien exogène. Cela suggère que l'opsine permet aux cellules photoréceptrices du cerveau de détecter les signaux UV, même sans apport de 11-cis-rétinal, qui est spécifiquement produit dans les yeux. Les analyses de mutagenèse ont identifié qu'un seul résidu d'acide aminé est responsable non seulement de la détection des UV, mais également de la liaison directe du rétinal tout-trans exogène. Ainsi, le résidu unique est essentiel pour que l'opsine atteigne les caractéristiques adaptées à la réception des UV dans le cerveau. Pris ensemble, l'opsine possède des propriétés idéales permettant aux cellules photoréceptrices du cerveau de Platynereis de détecter les signaux UV ambiants.

Comme résumé ci-dessus, cette étude a révélé que la base moléculaire de l'opsine fonctionne comme un capteur UV dans le cerveau du modèle zooplancton. Étant donné que la détection des signaux UV ambiants devrait être nécessaire pour le DVM, les propriétés moléculaires de l'opsine sont utiles pour comprendre la physiologie, écologie et évolution des espèces de zooplancton.