视锥细胞中色素基因排斥表达的机理

  三色视觉是人类和高级灵长类区别与其它动物的重要特征之一。双色视觉系统的进化从一个视觉色素基因的复制开始，这个基因复制为编码识别红色和绿色的色素基因。这些色素基因在感受器细胞中的表达是相互排除的，那么神经元怎样调控它们的表达呢？标准的模型认为是红色和绿色视锥中预先决定的转录因子的表达差异而引起的，而Smallwood et al.提出了另一个随机决定的模型，认为是色素基因的启动子与一个顺式作用调控序列进行竞争的结果。

    红色和绿色色素基因前后排列在X染色体上，它们共享一个LCR（locus control region）。LCR位于5’末端，与红色色素基因相比邻。Smallwood et al.构造了一系列的转基因小鼠品系，用红色和绿色色素基因的启动子来驱动报道基因的表达，用碱性磷酸酶来做红色色素基因启动子的报道基因，用Lac-Z来做绿色色素基因的报道基因。他们通过不同方式的排列，研究了LCR序列和这两个基因的位置与其调控的关系。他们首先发现在LCR和这两个色素基因中插入9kb的DNA后，lac-Z的表达大大减少了。然后他们把色素基因的顺序进行变化，让绿色色素基因与LCR比邻，结果发现lac-Z的表达大大增强了，这说明LCR与绿色色素基因的启动子具有更强的亲和力，它们在染色体上这样排列是为了负调控绿色色素基因的表达活性。

    研究者接着在两个色素基因的启动子前都装配LCR序列，结果发现在神经元中两中色素基因的表达都发生了，这个模型说明色素基因在神经元中的表达是随机的由和LCR之间的距离决定的，如果是红色色素基因距离LCR较近，那么此神经元表达红色感光受体，如果是绿色色素基因较近，则表达绿色感光受体。

ORIGINAL RESEARCH PAPERS

Smallwood, P. M. et al. Role of a locus control region in the mutually exclusive expression of human red and green cone pigment genes. Proc. Natl Acad. Sci. USA 99, 1008-1011 (2002) | PubMed | ISI |

FURTHER READING

Nathans, J. The evolution of human color vision: insights from molecular genetic studies of visual pigments. Neuron 24, 299-312 (1999) | PubMed | ISI |

(中国生物信息网)