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新发现重要感光蛋白 有助于治疗视网膜色素变性

2022年1月8日
科学家新发现存在于视网膜杆状细胞(rod cells)内的一种蛋白,对人眼在暗光下看东西起到重要的作用。这对治疗某些遗传性的眼疾提供了全新的思路。


以前科学家只知道杆状细胞是视网膜上重要的一种感光细胞,负责在弱光下看东西。2021年12月30日发表于《自然·结构与分子生物学》(Nature Structural & Molecular Biology)期刊上的一份研究,发现了一种蛋白在这个过程起到重要的作用。这种蛋白在细胞膜上扮演着离子通道的角色,控制光学信号从眼睛向大脑的传递。

主要研究者之一瑞士保罗谢勒研究所(Paul Scherrer Institute)的生物学家雅各布·马里诺(Jacopo Marino)说:“这些感光细胞敏感度很高,连来自遥远宇宙的单个光子都能感应得到,这很了不起。之后,一种名为CNG的离子通道,控制着大脑把这些光学信号转变成视觉信号。”

这份研究发现这些离子通道位于杆状细胞的细胞膜上,就像守门员一样,控制着哪些特定的粒子才能进入视觉受体细胞。在昏暗的环境下,这些离子通道保持开放。当光线抵达眼睛,离子通道将触发杆状细胞内的一系列变化过程,导致离子通道关闭,从而阻止带正电的粒子进入杆状细胞,比如钙离子。这对维持杆状细胞内电化学平衡很重要。

马里诺说:“这些电化学信号经过神经细胞传递给大脑的视觉皮层,在那里产生视觉信号,比如一道闪光。”科学家最早在大约20年前就开始尝试了解这种离子通道的结构,直到这份研究才得以实现。


研究人员最先从屠宰场提供的牛眼内提取到少量的这种通道蛋白。这种蛋白很容易分解,所以这是一个复杂和费力的过程。研究人员花了近两年的时间才搜集到足够量的蛋白进行观测。使用低温电子显微镜,研究人员终于揭示了这种离子通道的三维结构。

像视网膜色素病变(retinitis pigmentosa)这类遗传性眼疾,通常与异常的基因相关。发病初期的症状包括夜盲、周边视野缺损等,并逐渐恶化最终或导致失明。研究人员认为这可能是因为基因的缺陷,使得体内产生的CNG通道蛋白有缺陷。这导致光线进入眼睛之后,离子通道不能完全闭合,这打破了杆状细胞的电化学平衡,最终导致细胞死亡。

研究称这项发现对治疗这类眼疾提出了新的办法。马里诺说:“如果我们能找到一种(药物)分子,让离子通道能够完全闭合,我们就能阻止细胞死亡,从而避免眼疾恶化到失明的地步。”
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电脑自带放大镜如何使用
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