Überarbeitung der gängigen Sicht auf, wie die Netzhaut-Zellen in Säugetieren Prozess Licht

Johns Hopkins Medicine Wissenschaftler sagen, dass die neuen Experimente mit Maus-Auge Gewebe stark darauf hin, dass eine langjährige „lehrbuch“ – Konzept über die Art, wie die säugetier-retina-Prozesse Licht braucht eine Neufassung.

Das dauerhafte Konzept hat root vor mehr als 30 Jahren als Wissenschaftler tun Experimente im Frosch Netzhaut festgestellt, dass, wenn ein einzelnes Teilchen des Lichts, bekannt als ein photon, das absorbiert wird durch die lichtempfindlichen Zellen, die sogenannten Stäbchen, es beginnt eine Kaskade von biochemischen Reaktionen beinhalten rund 500 Molekülen, den sogenannten G-Proteinen.

Nun, Johns Hopkins vision, die Wissenschaftler sagen, dass Ihre Experimente, beschrieben, 12. März, in Proceedings of the National Academy of Sciences, zeigen, dass die Anzahl der G-protein-Moleküle aktiviert in der Kaskade von Reaktionen ist weit weniger-mit nur 10-20 von Ihnen in die Stäbe von Mäusen.

Die neue Erkenntnis Fragen, sagen die Wissenschaftler, weil die G-Proteine gehören zu einer sehr großen Familie von biochemischen Signalwege G-protein-gekoppelten-Rezeptoren, die unter den häufigsten Signalwege in der Biologie, erklärt King-Wai Yau, Ph. D., professor von Neurologie und Augenheilkunde an der Johns Hopkins University School of Medicine.

„Diese Wege sind eine wichtige Zielgruppe unter den pharmazeutischen Unternehmen, weil Sie Kontrolle vielen verschiedenen physiologischen Prozessen, von denen, die es uns ermöglichen zu sehen Bilder an diese gebunden zu Herz-Krankheit“, sagt Yau.

„Wir beginnen zu verstehen, das unserem visuellen system besser, und desto mehr verstehen wir ein system, das wir besser sind, Behandlungen zu entwickeln, für seine Störung“, sagt Daniel Silverman, Ph. D., ein postdoctoral fellow in Yau ‚ s Labor.

Wenn ein photon von Licht trifft auf einen Stab, in der Netzhaut des Auges absorbiert wird durch einen Licht-Sensor-protein namens rhodopsin, das ist eingebettet in Membranen innerhalb der Zelle. Rhodopsin dann aktiviert G-Proteine, die wiederum andere Enzyme zu aktivieren. Es ist die Anzahl der G-protein-Moleküle aktiviert, von einem rhodopsin-Molekül, das die neuen Experimente Herausforderung, Yau sagt. Er stellt fest, dass andere Wissenschaftler hatten spekuliert, dass die Anzahl der aktivierten G-protein-Moleküle, die möglicherweise viel weniger als die vielen hundert ursprünglich vorgeschlagen, aber die Zahl war schwer direkt zu Messen, die in intakten Stangen.

Um das zu tun, Yau und seine Kollegen entwickelt zwei Methoden zur Messung der Reaktion auf eine einzelne aktivierte G-protein in intakten Stangen.

Zuerst verwendeten die Forscher Mäuse entwickelt, um express eine Mutante form des rhodopsin interagiert, sehr schlecht mit dem G-protein, so dass die meisten der Zeit, die keine G-protein ist aktiviert. Aber wenn rhodopsin wurde erfolgreich in der Interaktion mit G-protein-Moleküle, die nur eine G-protein aktiviert wurde.

Zweitens, die Wissenschaftler ein Derivat des normalen rhodopsin genannt Opsin pro, die erzeugt wird, nachdem rhodopsin Licht ausgesetzt ist. Opsin pro ist nicht selbst Licht absorbieren, aber es kann ein signal G-Proteine, gelegentlich und sehr schwach. Opsin pro-s-signal ist so schwach, dass man es aktivieren kann, höchstens eine G-protein-Molekül, sagt Yau.

Um quantitative Messungen, Silverman und ehemalige Doktorand Wendy W. S. Yue verwendet einem dicht schließenden Glas-pipette dünner als ein menschliches Haar gefüllt mit Kochsalzlösung und legte das Glas mit pipette, um eine einzelne Stange, die Sprossen aus der retina von Mäusen, die wie ein grashalm. Dann, Silverman und Yue erfasst einen elektrischen Strom von der Stange, reflektiert im wesentlichen das signal, das von der rhodopsin/Opsin pro-G-protein-Kaskade.

Durch die Verwendung von mathematischen Analyse-tools, um das elektrische signal, Yue und Silverman festgestellt, dass das elektrische signal, ausgelöst von einem einzigen G-protein-Molekül wurde nur von einem Zwölftel zum einem vierzehnten die Größe der Schätzungen der Signale, die von einem einzelnen rhodopsin-Moleküls. Deshalb werden Sie geschätzt, dass rhodopsin aktiviert etwa 10-20 G protein-Moleküle.

Yau hatte zuvor festgestellt, dass in eine ähnliche Signalkaskade, die ermöglicht, dass der Geruchssinn bei Mäusen einen aktivierten rezeptor-Molekül hat eine sehr geringe Wahrscheinlichkeit der Aktivierung eines G-protein-Molekül. Durch den Vergleich, die Feststellung, dass eine solche Signalisierung Systeme in-vision-trigger 10-20 Moleküle kann reflektieren das visuelle system ist einzigartig brauchen, um zu erkennen, das Licht in sehr schlechten Lichtverhältnissen, die zimmerreserviereung, ohne das zusammenfassen von Informationen aus mehreren Stäbchen, die würde der Opfer der räumlichen Auflösung.

Diese Arbeit wurde unterstützt durch die National Institutes of Health ‚ s National Eye Institute (EY006837, EY001157, EY012155 und EY007143), die António Champalimaud Vision Award, der Howard-Hughes-Medical-Institute-International Predoctoral Fellowship und die Visuelle Wissenschaft-Training-Programm, Predoctoral Fellowship.