研究揭示了視網(wǎng)膜中視紫紅質(zhì)的動態(tài)變化
我們眼中的感光細胞可以適應(yīng)弱光和強光水平,但我們?nèi)匀徊恢浪鼈兪侨绾巫龅降摹I駪舸髮W(xué)名譽教授Fumio Hayashi及其同事透露,光感受器蛋白視紫紅質(zhì)在視網(wǎng)膜的椎間盤內(nèi)形成瞬時簇。這些簇集中在盤膜的中心,并作為光到化學(xué)信號轉(zhuǎn)換過程中的平臺。該研究結(jié)果于6月14日在通訊生物學(xué)雜志上發(fā)表。
本研究的研究團隊包括副教授Kenichi Morigaki(神戶大學(xué)生物信號研究中心),名譽教授Shohei Maekawa(神戶大學(xué)理學(xué)研究科),副教授Keiji Seno(濱松大學(xué)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)院)和研究員Natsumi Saito(吉濟醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)院)。
在視網(wǎng)膜中的棒狀感光細胞內(nèi),大約有1,000層圓盤狀膜,直徑為幾微米。這些是嵌入高濃度光感受器蛋白視紫紅質(zhì)的脂質(zhì)雙層膜。視紫紅質(zhì)是G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)的原型成員,負責(zé)收集有關(guān)我們外部環(huán)境的各種信息。
在這項研究中,研究人員使用最新的技術(shù)和分析方法來研究視紫紅質(zhì)和G蛋白轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白的單分子動力學(xué)以及椎間盤膜內(nèi)的脂質(zhì)分子。
單分子跟蹤視紫紅質(zhì)
視紫紅質(zhì)對光敏感,因此團隊使用近紅外染料進行單分子追蹤,而不是使用標準的可見光熒光染料。他們證實視紫紅質(zhì)在椎間盤膜內(nèi)非常自由地移動,并預(yù)測如果視紫紅質(zhì)形成臨時簇,則分子會以不同的速度瞬間移動。他們收集了由視紫紅質(zhì)運動產(chǎn)生的500個單獨“軌跡”,通過使用貝葉斯推理機器學(xué)習(xí)技術(shù)獲得了三態(tài)模型,并發(fā)現(xiàn)視紫紅質(zhì)在三種擴散狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。
形成并消失的集群
中心和周邊之間的不平等
當(dāng)他們增加視紫紅質(zhì)的熒光標記時,該團隊能夠觀察到視紫紅質(zhì)簇的重復(fù)產(chǎn)生和消退。諸如簇的擴散速度和壽命等性質(zhì)與單分子跟蹤中觀察到的最慢擴散相匹配。研究小組還發(fā)現(xiàn),椎間盤膜內(nèi)的視紫紅質(zhì)分布并不像以前認為的那樣均勻:它們在邊緣周圍薄薄地擴散并集中在中心,在那里它們很容易形成簇。
當(dāng)視紫紅質(zhì)分子彼此接近時,形成筏子的性質(zhì)表明視紫紅質(zhì)簇與筏相似。視盤膜中視紫紅質(zhì)的分布向中心加權(quán),表明嗜酸性蛋白質(zhì)和脂質(zhì)分子聚集在盤膜的中心,而疏浚分子傾向于聚集在邊緣。該團隊通過顯示典型的腋毛磷脂di-DHA-PE定位于膜邊緣來驗證這一點。
摘要
該研究表明(1)視紫紅質(zhì)產(chǎn)生嗜熱簇,為激活G蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)提供瞬時支架,(2)視紫紅質(zhì)簇從膜的外周排斥,并收集在中心。這些發(fā)現(xiàn)表明,由周圍框架調(diào)節(jié)的瞬時非均勻性和結(jié)構(gòu)非均勻性都發(fā)揮了意想不到的重要作用,不僅在這種情況下,而且在各種其他細胞膜中。
這提供了非?;镜闹R?;A(chǔ)研究的發(fā)展對于理解光感受器的復(fù)雜形態(tài)發(fā)生和維持以及視網(wǎng)膜色素異常等病理狀況至關(guān)重要。在這項研究中,該團隊專注于與光信號轉(zhuǎn)換激活過程相關(guān)的分子,但失活過程也是一個未知領(lǐng)域。我們將繼續(xù)在激活和停用過程的研究方面進一步發(fā)展。
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