在果蝇大脑中发现了新的光敏分子

称为视紫红质的六种生物色素在果蝇眼中的光敏感中发挥着重要的作用。其中三个在温度感觉方面也具有与光无关的作用。新的研究表明，第七只视紫红质Rh7在果蝇的大脑中表达，它调节苍蝇的昼夜活动周期。该研究发表在“自然”杂志上，由国家眼科研究所资助，该研究所是美国国立卫生研究院的一部分。

“Rh7是视紫红质的第一个例子，它通过在中央大脑而不是眼睛中表达来设定昼夜节律很重要，”Duggan分子，细胞和发育生物学教授Craig Montell博士说。加州大学圣塔芭芭拉分校和该研究的资深作者。这种新发现的Rh7作用可能会产生临床意义。“确定光敏性视蛋白的新角色对于了解退行性视网膜疾病和开发潜在的新疗法至关重要，”国家眼科研究所项目主任Lisa Neuhold博士说。

20世纪70年代发现的视紫红质因其在光敏和图像形成中的重要作用而闻名。六种先前已知的飞鸟视紫红质在蝇眼中占据感光细胞的全部功能，因此虽然果蝇基因组含有第七种视紫红质的序列，但Rh7的作用尚不清楚。

为了研究Rh7的作用，Montell和加州大学欧文分校的合作者首先证实了Rh7通过基因实验来感知光，这些实验用Rh7取代了蝇眼光感受器细胞中的主要光传感器Rh1。研究人员发现，通过视网膜电图测量，Rh7可以在缺失Rh1的苍蝇中功能性地替代Rh1，视网膜电图是蝇眼中响应光的神经信号的细胞外记录。

接下来，研究人员使用识别Rh7的抗体来确定其表达模式。他们发现它在大脑的中枢起搏器神经元中表达，它们在调节昼夜节律中发挥作用。蒙特尔和他的团队养了果蝇在12小时光照/ 12小时黑暗周期下，然后将一个光周期延长至20小时，并测量苍蝇调整其日常活动以与新的光/暗循环相匹配的速度。通过测量苍蝇越过位于小瓶中心的红外光束的频率，研究人员可以追踪每日活动模式。他们发现，缺少Rh7的果蝇比正常的野生型果蝇需要更长的时间进行调整。研究人员还检查了半夜光脉冲的影响，这扰乱了正常的昼夜周期，并再次发现在缺少Rh7的苍蝇中重新调整需要更长的时间。

已知中心起搏器神经元具有称为隐花色素的光传感器，但基因工程缺乏隐花色素以控制光/暗循环的果蝇的能力仅部分受损。因此，研究人员怀疑可能涉及另一种分子 - 结果证明是Rh7，它比隐花色更敏感。“看来Rh7提供了一种更灵敏的检测光和设定昼夜节律的方法，”Montell解释道。

但是，仍然需要更多的研究。大脑中的光传感器在果蝇中是有意义的，因为光可以穿过覆盖头部的角质层。但是，在哺乳动物的大脑中，光可能无法有效地穿透颅骨?

蒙特尔认为，苍蝇的中心起搏器神经元可能对应于哺乳动物眼中的一种细胞，而不是哺乳动物大脑中的细胞。在眼睛中，视网膜神经节细胞(RGC)通过视神经将来自光敏棒和视锥细胞的信号传递到大脑。但大约1%的RGC本质上是光敏的(ipRGCs)。这些含有黑视蛋白(另一种光敏色素)的ipRGCs在图像形成中没有作用，但对于调节昼夜节律很重要。由于它们具有相似的功能和相似的分子特征，Montell认为表达Rh7的苍蝇的中心起搏器神经元相当于哺乳动物的ipRGCs。然而，一个谜仍然是为什么视蛋白也在哺乳动物的大脑和脊髓中表达，光激活。

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