貝勒醫(yī)學(xué)院和荷蘭Radboud大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，光感受神經(jīng)元上的類似觸角的結(jié)構(gòu)，稱為光感受器，具有在其他類型細(xì)胞的“觸角”或纖毛中未觀察到的獨(dú)特特征。發(fā)表在“細(xì)胞生物學(xué)雜志”上的這項(xiàng)研究表明，這種新型功能區(qū)起著對光感受器功能至關(guān)重要的結(jié)構(gòu)作用，也有助于解釋為什么某些纖毛蛋白上的突變雖然存在于整個(gè)身體中，但僅影響纖毛。在光感受器上，導(dǎo)致非綜合征性失明。

“實(shí)際上在體內(nèi)所有細(xì)胞都有一個(gè)纖毛叫做纖毛，似乎讓細(xì)胞感知所處環(huán)境，主要的纖毛上感光，例如，專門從事感應(yīng)燈，說：”第一作者的分子Rachayata Dharmat研究生， Rui Chen博士實(shí)驗(yàn)室的人類遺傳學(xué)。

“我們的實(shí)驗(yàn)室專注于了解人類視網(wǎng)膜疾病的分子機(jī)制和基因變異，”陳，分子和人類遺傳學(xué)教授，人類基因組測序中心以及貝勒學(xué)院Dan L Duncan綜合癌癥中心成員說。醫(yī)學(xué)。

Chen實(shí)驗(yàn)室以前的工作發(fā)現(xiàn)，SPATA7基因在體內(nèi)所有原發(fā)纖毛中都有表達(dá)，但令人驚訝的是，當(dāng)這個(gè)基因發(fā)生突變時(shí)，只有光感受器中的原發(fā)纖毛受到影響。光感受器喪失其功能導(dǎo)致視力損害的能力。為什么會(huì)發(fā)生這種情況是該小組試圖回答的問題。

“我們通過確定哪些蛋白質(zhì)與SPATA7蛋白質(zhì)相互作用開始我們的研究。我們鑒定了許多SPATA7結(jié)合蛋白和其他不結(jié)合SPATA7的蛋白質(zhì)。兩種類型都定位于光感受器連接纖毛，這是轉(zhuǎn)變的一種特殊形式。所有纖毛中連接纖毛與神經(jīng)元體的區(qū)域，“達(dá)爾馬特說。“連接纖毛非常小，約1.5微米長。與人類頭發(fā)相比，它可以在17到180微米之間。這是研究人員第一次在這個(gè)非常小的區(qū)域內(nèi)觀察蛋白質(zhì)，特別是蛋白質(zhì)與SPATA7相互作用。“

堅(jiān)持不懈和高分辨率的技術(shù)幫助揭開了生物學(xué)的神秘面紗

使用最先進(jìn)的超分辨率顯微鏡(STORM)結(jié)合冷凍電子斷層掃描和遺傳模型，研究人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)SPATA7存在時(shí)，SPATA7結(jié)合蛋白定位于整個(gè)連接的纖毛。但是在沒有SPATA7的情況下，結(jié)合蛋白在最接近神經(jīng)元體的區(qū)域中集中在纖毛的基部，研究人員將其稱為近端區(qū)域，使遠(yuǎn)端區(qū)域沒有SPATA7結(jié)合蛋白。Chen，Dharmat及其同事還觀察到，當(dāng)SPATA7存在且不存在時(shí)，不與SPATA7結(jié)合的蛋白質(zhì)總是位于近端區(qū)域。

這提出了一個(gè)新概念;在光感受器的連接纖毛內(nèi)有兩個(gè)不同的區(qū)域。一個(gè)是近端區(qū)域，所有睫狀蛋白都存在于該區(qū)域。另一個(gè)區(qū)域是遠(yuǎn)端區(qū)域，當(dāng)SPATA7可用時(shí)SPATA7結(jié)合蛋白定位。研究人員假設(shè)SPATA7要么將蛋白質(zhì)帶到遠(yuǎn)端區(qū)域，要么將其保持在那里，從而支持光感受器特有的長而精細(xì)的連接纖毛結(jié)構(gòu)。

另外的實(shí)驗(yàn)表明，SPATA7的缺失破壞了蛋白質(zhì)的定位和微管的穩(wěn)定性，微管是纖毛的結(jié)構(gòu)完整性，特別是在連接的纖毛的遠(yuǎn)端區(qū)域。

“其他細(xì)胞類型的纖毛也有SPATA7，但這些纖毛在過渡區(qū)沒有遠(yuǎn)端區(qū)域，就像我們在光感受器的纖毛中發(fā)現(xiàn)的那樣，因此當(dāng)SPATA7發(fā)生突變時(shí)它們不會(huì)受到影響，”Dharmat說。

“僅在光感受器的纖毛中存在這個(gè)獨(dú)特的遠(yuǎn)端區(qū)域也解釋了在患者和小鼠模型中觀察到的非綜合征性失明的生物學(xué)奧秘，某些過渡區(qū)域蛋白質(zhì)的丟失僅導(dǎo)致光感受器中纖毛的退化而不影響纖毛。在其他細(xì)胞類型上，“Dharmat說。

這項(xiàng)研究揭示了光感受器纖毛中的一種新的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，其生化成分及其對纖毛功能的影響，所有這些都有助于更好地了解遺傳性疾病和視網(wǎng)膜中纖毛的結(jié)構(gòu)。