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PHOTOTRANSDUCTION

      ◆ 自从Provencio等人在非洲爪蟾中发现了一类特殊的视蛋白视黑素(melanopsin)后,人们逐步发现视锥(主导明视觉)视杆(主导暗视觉)细胞并不是哺乳动物里唯一的感光细胞。有一类表达视黑素的神经节细胞可以自主感光并参与各类诸如瞳孔光反射、昼夜节律、光情绪调控等统称为非成像视觉的功能,这类神经节细胞被命名为自感光视网膜神经节细胞(intrinsically photosensitive Retinal Ganglion Cells, ipRGCs)

       

      ◆ 为了高效的吸收和转化光子,光感受器细胞(photoreceptor)形成了特化的膜状结构,分为绒毛状或者杆柱状,其视蛋白也相应分为两类:c-opsin(ciliary)和 r-opsin(rhabdomeric)。这两类光感受器细胞不仅形态相异,他们的光信号转导机制与下游分子通路也是不同的。脊椎动物的视锥视杆细胞属绒毛类,吸收光子激活后关闭环核苷酸通道表现出细胞超极化的电生理特性,而无脊椎动物如果蝇的光感受器细胞属杆柱类,被光激活后经PLC通路打开离子通道实现细胞的去极化。为了高效地吸收和转化光子, 光感受器细胞(photoreceptor)形成了特化的膜状结构, 分为绒毛状或杆柱状, 其视蛋白也相应分为两类: c-opsin (ciliary)和r-opsin (rhabdomeric)。这两类光感受器细胞不仅形态相异, 他们的光信号转导机制与下游分子通路也不同。脊椎动物的视锥、视杆细胞属绒毛类, 吸收光子激活后关闭环核苷酸通道表现出细胞超极化的电生理特性,而无脊椎动物,如果蝇(Drosophila melanogaster)的光感受器细胞属杆柱类, 被光激活后经磷脂酶C (phospholipase C, PLC)通路打开离子通道实现细胞的去极化。对于绒毛状光感受器的光信号转导通路的分子机制研究已比较透彻,吸收光子被活化的视紫质(rhodopsin)激活Gt蛋白使其发生三磷酸鸟苷/二膦酸鸟苷(guanosine triphosphate/guanosine diphosphate, GTP/GDP)置换,激活的Gt α亚基与磷酸二酯酶(phosphodiesterase, PDE)结合并使其活化,进而水解环鸟苷酸(cyclic guanosine monophosphate, cGMP), 使得在黑暗环境中处于开放状态的环核苷酸通道(cyclic-nucleotide-gated channels, CNG channels)关闭, 形成超极化的光电流。相对而言,关于ipRGC光信号转导的分子通路仍在不断探究中,比起视锥和视杆细胞,其特性反而与低等动物,如果蝇复眼中的光感受器细胞更为相似。

       

      ipRGC及其光反应

      1. ◆ 我们一直不清楚ipRGCs是如何通过其光信号转导机制控制它独特的光反应动力特征的,以及这些感光特性对于非成像视觉神经信号编码的生理意义。我们正在利用小鼠基因工程、细胞膜片钳结合光刺激、AAV介导RNAi等技术方法研究ipRGCs光信号转导中反应动力学相关的分子位点。进一步结合动物行为学和光遗传学等手段解析ipRGCs信息处理规律,及其神经编码方式对非成像感光生理功能的影响。 这些认知将有可能在更广泛的层次上帮助我们理解神经感受器官对于外界刺激根据不同生理功能需求而进行编码处理的策略。