新增选华人院士Cell最新文章:奇特的古老机制

【字体: 时间:2018年11月12日 来源:生物通

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  约翰霍普金斯医学院的科学家表示,他们发现现代小鼠视网膜细胞中可能存在一种古老的光感应机制。

  

生物通报道:约翰霍普金斯医学院的科学家表示,他们发现现代小鼠视网膜细胞中可能存在一种古老的光感应机制。

这一研究成果公布在Cell杂志上,由约翰霍普金斯医学院华人学者游景威教授领导完成,游景威教授今年新增选为美国国家医学院院士,他对视网膜功能的开拓性研究,有助于促进对昼夜节律和遗传性失明等领域的理解。

“一些进化生物学家提出,古代生物体可能有两种独立的光感应机制,它们共存于一个光受体中,通过进化,这两种机制分离成不同的细胞类型。我们的研究证明现代哺乳动物中可能依然存在包含两种光感应机制的光受体,”游景威教授说。

“当提到视力的时候,我们一般都倾向于将它与看到一个人的脸等图像联系在一起。但是光还有其他效果,例如让我们的学生在明亮的光线下瞳孔收缩,限制其在视网膜上的强度,或者帮助我们克服时区旅行时出现的时差,”。

这种非成像视觉是由一群神经节细胞(ganglion cells)亚型控制的,这些神经节细胞位于许多(很可能是所有)哺乳动物(包括人类)的视网膜中。这些被称为内源性光敏视网膜神经节细胞(intrinsically photosensitive retinal ganglion cells ,ipRGCs)的细胞属于光受体,就像我们更熟悉的视杆细胞和视锥细胞一样,它们有五种亚型,M1至M5。

为了理解ipRGCs应答光的生化途径,研究人员首先研究了其他光受体的解剖结构。

大多数光受体有纤毛或称为微绒毛的簇状突起。一些带有纤毛的光受体利用环核苷酸的细胞内化学物质来对光产生应答,其它有微绒毛的光受体使用的是一种叫做磷脂酶C的酶来作出反应。到目前为止,尚未发现这两种途径在一个光受体中共存。

事实证明,ipRGCs没有纤毛或微绒毛,因此科学家们没有解剖学上的线索来确定它们使用的是哪种途径来对光产生应答。但在游教授团队2011年发表的论文中,他们发现ipRGCs的M1亚型采用的磷脂酶C途径。

最新研究中,研究人员分析了ipRGCs的亚型M2和M4,希望了解它们是否采用了与M1细胞相同的生化途径。

为此研究人员通过遗传工程改造小鼠去除磷脂酶C途径中的分子成分。如果M2和M4细胞也使用磷脂酶C途径,破坏该途径会妨碍细胞对光反应能力。

然而,无论科学家如何破坏磷脂酶C途径,M4细胞仍然能对光产生应答,应答量没有减小,而M2细胞的反应是对照小鼠的约一半。因此研究人员认为,M2细胞似乎部分地使用磷脂酶C途径,但M4细胞几乎不使用它。

“这促使我们寻找细胞可能使用的替代途径,”蒋政(Zheng Jiang,音译)博士说。

之后他们发现了一条涉及HCN通道的生化途径,当它们被破坏时,几乎完全阻断了M4细胞中的内在光应答,并在M2细胞中部分阻断了它。因此,M2细胞同时使用磷脂酶C和新发现的HCN-通道途径,并且M4细胞似乎主要使用HCN途径。

HCN通道代表超极化激活和环核苷酸门控通道,这在哺乳动物心脏细胞中也被发现过,可以作为起搏器来设定心率。

研究人员表示,M2细胞使用两种生化途径进行光反应的这一机制,表明最早的光受体可能在同一细胞中同时含有这两种机制。

他们认为,这种现象也可能存在于人类的视网膜中。

原文标题:

Cyclic-Nucleotide- and HCN-Channel-Mediated Phototransduction in Intrinsically Photosensitive Retinal Ganglion Cells

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(18)31116-4



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