视网膜中动态视紫红质的光照减弱

我们眼中的感光细胞可以适应弱光和强光水平，但我们仍然不知道它们是如何做到的。神户大学名誉教授Fumio Hayashi和他的同事们揭示了感光蛋白视紫红质在视网膜的椎间盘中形成短暂的簇。这些簇集中在盘膜的中心，在光到化学信号转换的过程中充当平台。这项研究的结果发表在6月14日的《通讯生物学杂志》上。

这项研究的研究团队包括副教授Kenichi Morigaki(神户大学生物信号研究中心)、名誉教授Shohei Maekawa(神户大学科学研究部)、副教授Keiji Seno(滨松大学医学院)和研究员Natsumi Saito(集集医科大学医学院)。

在视网膜的杆状感光细胞中，大约有1000个直径为几微米的盘状膜。这些是嵌入了高浓度感光蛋白视紫红质的脂质双层膜。视紫红质是G蛋白偶联受体(GPCR)的原型成员，负责收集我们外界环境的各种信息。

在这项研究中，研究人员利用最新的技术和分析方法，研究了视紫红质和G蛋白转导蛋白以及椎间盘膜中脂质分子的单分子动力学。

单分子追踪视紫红质

视紫红质对光敏感，因此研究小组使用近红外染料进行单分子追踪，而不是标准的可见荧光染料。他们证实了视紫红质在椎间盘膜中运动非常自由，并预测如果视紫红质形成临时簇，分子将以不同的速度瞬时运动。他们收集了500条视紫红质运动产生的个体“轨迹”(图1左图)，利用贝叶斯推理机器学习技术获得了三态模型(图1中图)，发现视紫红质在三种扩散态之间发生了转化(图1右图)。

形成和消失的集群。

当他们增加视紫红质的荧光标记时，团队能够观察到视紫红质簇的重复产生和退化(图2)。诸如扩散速率和簇寿命的性质与单分子追踪中观察到的最慢扩散相匹配。研究小组还发现，视紫红质在椎间盘膜中的分布并不像以前认为的那样均匀：它们在边缘周围稀疏地分布，并在中心集中，在那里它们很容易形成簇。

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