Ученые Johns Hopkins Medicine утверждают, что новые эксперименты с тканями глаза мышей убедительно свидетельствуют о том, что давний "концепция учебника" о том, как сетчатка млекопитающего обрабатывает свет, нужно переписать.
Концепция стойкости укоренилась более 30 лет назад, когда исследователи, проводившие эксперименты на сетчатке лягушек, обнаружили, что когда одна частица света, известная как фотон, поглощается светочувствительными клетками, называемыми стержнями, она запускает каскад биохимических реакций, которые включают около 500 молекул, называемых G-белками.
Теперь специалисты по зрению Джонса Хопкинса говорят, что их эксперименты, описанные 12 марта в Proceedings of the National Academy of Sciences, показывают, что количество молекул G-белка, активируемых в каскаде реакций, намного меньше – в них участвуют только 10-20 из них. стержни мышей.
По словам ученых, новое открытие имеет значение, потому что G-белки принадлежат к очень большому семейству биохимических сигнальных путей, называемых рецепторами, связанными с G-белками, которые являются одними из самых распространенных сигнальных путей в биологии, – говорит Кинг-Вай Яу, доктор философии.D., профессор нейробиологии и офтальмологии Медицинского факультета Университета Джона Хопкинса.
"Эти пути являются основной целью фармацевтических компаний, поскольку они контролируют множество разнообразных физиологических процессов, от тех, которые позволяют нам видеть изображения, до тех, которые связаны с сердечными заболеваниями," говорит Яу.
"Мы начинаем лучше понимать нашу зрительную систему, и чем больше мы понимаем систему, тем лучше мы разрабатываем методы лечения ее неисправности," говорит Дэниел Сильверман, доктор философии.D., докторант в лаборатории Яу.
Когда фотон света попадает на стержень в сетчатке, он поглощается светочувствительным белком, называемым родопсином, который встроен в мембраны внутри клетки. Затем родопсин активирует G-белки, которые, в свою очередь, активируют другие ферменты. По словам Яу, новые эксперименты ставят под сомнение количество молекул G-белка, активируемых одной молекулой родопсина. Он отмечает, что другие ученые предполагали, что количество активированных молекул G-белка может быть намного меньше, чем многие сотни первоначально предложенных, но это количество было трудно измерить напрямую в неповрежденных стержнях.
Для этого Яу и его коллеги разработали два способа измерения ответа на один активированный G-белок в интактных палочках.
Во-первых, ученые использовали мышей, сконструированных для экспрессии мутантной формы родопсина, которая очень плохо взаимодействует с G-белком, так что большую часть времени G-белок не активируется. Но когда родопсин успешно взаимодействовал с молекулами G-белка, активировался только один G-белок.
Во-вторых, ученые изучили производное нормального родопсина, называемое опсином, которое образуется после воздействия света. Сам опсин не поглощает свет, но иногда может очень слабо сигнализировать о G-белках. По словам Яу, сигнал опсина настолько слаб, что он может активировать максимум одну молекулу G-белка.
Чтобы провести количественные измерения, Сильверман и бывшая аспирантка Венди В.S. Юэ использовал плотно прилегающую стеклянную пипетку тоньше человеческого волоса, наполненную физиологическим раствором, и поместил стеклянную пипетку вокруг единственного стержня, который вырастает из сетчатки глаза мышей, как травинка. Затем Сильверман и Юэ записали электрический ток от стержня, который по существу отражает сигнал, исходящий от каскада белков родопсин / опсин-G.
Используя математические инструменты для анализа электрического сигнала, Юэ и Сильверман обнаружили, что электрический сигнал, запускаемый единственной молекулой G-белка, был от одной двенадцатой до одной четырнадцатой величины оценок сигналов, исходящих от одной молекулы родопсина. Таким образом, они подсчитали, что один родопсин активирует примерно 10-20 G белковых молекул.
Яу ранее обнаружил, что в аналогичном сигнальном каскаде, который способствует обонянию у мышей, одна активированная рецепторная молекула имеет очень низкую вероятность активации одной молекулы G-белка. Для сравнения, обнаружение того, что такие сигнальные системы в виде триггерных молекул 10-20 могут отражать уникальную потребность зрительной системы в обнаружении света в условиях очень слабого освещения, без необходимости группировать информацию от нескольких стержней, что может принести в жертву пространственное разрешение.