A thermal receptor for nonvisual sunlight detection in myriapods

阳光 生物物理学 化学 光化学 光热治疗 质子化 三硝基甲苯 生物 离子 纳米技术 材料科学 光学 物理 爆炸物 有机化学
作者
Zhihao Yao,Licheng Yuan,Xiaoying Chen,Qian Wang,Longhui Chai,Xiancui Lu,Fan Yang,Yunfei Wang,Shilong Yang
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:120 (8)
标识
DOI:10.1073/pnas.2218948120
摘要

Organisms from cyanobacteria to humans have evolved a wide array of photoreceptive strategies to detect light. Sunlight avoidance behavior is common in animals without vision or known photosensory genes. While indirect light perception via photothermal conversion is a possible scenario, there is no experimental evidence for this hypothesis. Here, we show a nonvisual and extraocular sunlight detection mechanism by identifying the broad-range thermal receptor 1 (BRTNaC1, temperature range = 33 to 48 °C) in centipede antennae. BRTNaC1, a heat-activated cation-permeable ion channel, is structurally related to members of the epithelial sodium channel family. At the molecular level, heat activation of BRTNaC1 exhibits strong pH dependence controlled by two protonatable sites. Physiologically, temperature-dependent activation of BRTNaC1 upon sunlight exposure comes from a striking photothermal effect on the antennae, where a slightly acidic environment (pH 6.1) of the body fluid leads to the protonation of BRTNaC1 and switches on its high thermal sensitivity. Furthermore, testosterone potently inhibits heat activation of BRTNaC1 and the sunlight avoidance behavior of centipedes. Taken together, our study suggests a sophisticated strategy for nonvisual sunlight detection in myriapods.
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