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研究揭示了视网膜中视紫红质的动态变化

2019-06-25 09:13:37 • 来源：

我们眼中的感光细胞可以适应弱光和强光水平，但我们仍然不知道它们是如何做到的。神户大学名誉教授Fumio Hayashi及其同事透露，光感受器蛋白视紫红质在视网膜的椎间盘内形成瞬时簇。这些簇集中在盘膜的中心，并作为光到化学信号转换过程中的平台。该研究结果于6月14日在通讯生物学杂志上发表。

研究揭示了视网膜中视紫红质的动态变化

本研究的研究团队包括副教授Kenichi Morigaki(神户大学生物信号研究中心)，名誉教授Shohei Maekawa(神户大学理学研究科)，副教授Keiji Seno(滨松大学医学院医学院)和研究员Natsumi Saito(吉济医科大学医学院)。

在视网膜中的棒状感光细胞内，大约有1,000层圆盘状膜，直径为几微米。这些是嵌入高浓度光感受器蛋白视紫红质的脂质双层膜。视紫红质是G蛋白偶联受体(GPCR)的原型成员，负责收集有关我们外部环境的各种信息。

在这项研究中，研究人员使用最新的技术和分析方法来研究视紫红质和G蛋白转导蛋白的单分子动力学以及椎间盘膜内的脂质分子。

单分子跟踪视紫红质

视紫红质对光敏感，因此团队使用近红外染料进行单分子追踪，而不是使用标准的可见光荧光染料。他们证实视紫红质在椎间盘膜内非常自由地移动，并预测如果视紫红质形成临时簇，则分子会以不同的速度瞬间移动。他们收集了由视紫红质运动产生的500个单独“轨迹”，通过使用贝叶斯推理机器学习技术获得了三态模型，并发现视紫红质在三种扩散状态之间转换。

形成并消失的集群

中心和周边之间的不平等

当他们增加视紫红质的荧光标记时，该团队能够观察到视紫红质簇的重复产生和消退。诸如簇的扩散速度和寿命等性质与单分子跟踪中观察到的最慢扩散相匹配。研究小组还发现，椎间盘膜内的视紫红质分布并不像以前认为的那样均匀：它们在边缘周围薄薄地扩散并集中在中心，在那里它们很容易形成簇。

当视紫红质分子彼此接近时，形成筏子的性质表明视紫红质簇与筏相似。视盘膜中视紫红质的分布向中心加权，表明嗜酸性蛋白质和脂质分子聚集在盘膜的中心，而疏浚分子倾向于聚集在边缘。该团队通过显示典型的腋毛磷脂di-DHA-PE定位于膜边缘来验证这一点。

摘要

该研究表明(1)视紫红质产生嗜热簇，为激活G蛋白信号转导提供瞬时支架，(2)视紫红质簇从膜的外周排斥，并收集在中心。这些发现表明，由周围框架调节的瞬时非均匀性和结构非均匀性都发挥了意想不到的重要作用，不仅在这种情况下，而且在各种其他细胞膜中。

这提供了非常基本的知识。基础研究的发展对于理解光感受器的复杂形态发生和维持以及视网膜色素异常等病理状况至关重要。在这项研究中，该团队专注于与光信号转换激活过程相关的分子，但失活过程也是一个未知领域。我们将继续在激活和停用过程的研究方面进一步发展。

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