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研究人员在光敏神经元的“触角”中发现了新的结构

贝勒医学院和荷兰Radboud大学医学中心的科学家发现,光感受神经元上的类似触角的结构,称为光感受器,具有在其他类型细胞的“触角”或纤毛中未观察到的独特特征。发表在“细胞生物学杂志”上的这项研究表明,这种新型功能区起着对光感受器功能至关重要的结构作用,也有助于解释为什么某些纤毛蛋白上的突变虽然存在于整个身体中,但仅影响纤毛。在光感受器上,导致非综合征性失明。

研究人员在光敏神经元的“触角”中发现了新的结构

“实际上在体内所有细胞都有一个纤毛叫做纤毛,似乎让细胞感知所处环境,主要的纤毛上感光,例如,专门从事感应灯,说:”第一作者的分子Rachayata Dharmat研究生, Rui Chen博士实验室的人类遗传学。

“我们的实验室专注于了解人类视网膜疾病的分子机制和基因变异,”陈,分子和人类遗传学教授,人类基因组测序中心以及贝勒学院Dan L Duncan综合癌症中心成员说。医学。

Chen实验室以前的工作发现,SPATA7基因在体内所有原发纤毛中都有表达,但令人惊讶的是,当这个基因发生突变时,只有光感受器中的原发纤毛受到影响。光感受器丧失其功能导致视力损害的能力。为什么会发生这种情况是该小组试图回答的问题。

“我们通过确定哪些蛋白质与SPATA7蛋白质相互作用开始我们的研究。我们鉴定了许多SPATA7结合蛋白和其他不结合SPATA7的蛋白质。两种类型都定位于光感受器连接纤毛,这是转变的一种特殊形式。所有纤毛中连接纤毛与神经元体的区域,“达尔马特说。“连接纤毛非常小,约1.5微米长。与人类头发相比,它可以在17到180微米之间。这是研究人员第一次在这个非常小的区域内观察蛋白质,特别是蛋白质与SPATA7相互作用。“

坚持不懈和高分辨率的技术帮助揭开了生物学的神秘面纱

使用最先进的超分辨率显微镜(STORM)结合冷冻电子断层扫描和遗传模型,研究人员发现当SPATA7存在时,SPATA7结合蛋白定位于整个连接的纤毛。但是在没有SPATA7的情况下,结合蛋白在最接近神经元体的区域中集中在纤毛的基部,研究人员将其称为近端区域,使远端区域没有SPATA7结合蛋白。Chen,Dharmat及其同事还观察到,当SPATA7存在且不存在时,不与SPATA7结合的蛋白质总是位于近端区域。

这提出了一个新概念;在光感受器的连接纤毛内有两个不同的区域。一个是近端区域,所有睫状蛋白都存在于该区域。另一个区域是远端区域,当SPATA7可用时SPATA7结合蛋白定位。研究人员假设SPATA7要么将蛋白质带到远端区域,要么将其保持在那里,从而支持光感受器特有的长而精细的连接纤毛结构。

另外的实验表明,SPATA7的缺失破坏了蛋白质的定位和微管的稳定性,微管是纤毛的结构完整性,特别是在连接的纤毛的远端区域。

“其他细胞类型的纤毛也有SPATA7,但这些纤毛在过渡区没有远端区域,就像我们在光感受器的纤毛中发现的那样,因此当SPATA7发生突变时它们不会受到影响,”Dharmat说。

“仅在光感受器的纤毛中存在这个独特的远端区域也解释了在患者和小鼠模型中观察到的非综合征性失明的生物学奥秘,某些过渡区域蛋白质的丢失仅导致光感受器中纤毛的退化而不影响纤毛。在其他细胞类型上,“Dharmat说。

这项研究揭示了光感受器纤毛中的一种新的亚细胞结构,其生化成分及其对纤毛功能的影响,所有这些都有助于更好地了解遗传性疾病和视网膜中纤毛的结构。

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