Ученые проследили динамику родопсина в сетчатке глаза

Автор исследования Фумио Хаяши (Fumio Hayashi) из Университета Кобе (Kobe University) с соавторами обнаружили, что белок фоторецептора родопсина образует преходящие кластеры в мембранах диска сетчатки. Эти кластеры сосредоточены в центре мембран диска и действуют как платформы в процессе преобразования света в химический сигнал. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Communications Biology.

Актуальность проблемы

Фоторецепторные клетки в наших глазах могут адаптироваться как к слабому, так и к сильному уровню освещенности, но мы до сих пор точно не знаем, как происходит этот процесс. Внутри стержневидных фоторецепторных клеток в сетчатке глаза около 1000 слоев мембран в форме дисков диаметром в несколько микрометров. Это липидные двухслойные мембраны с высокими концентрациями белка фоторецептора родопсина. Родопсин является прототипом G-белок-связанного рецептора (GPCR), который отвечает за сбор различной информации о внешней среде.

Материалы и методы обследования

В этом исследовании ученые использовали новейшие технологии и методы анализа для изучения динамики отдельных молекул родопсина и G-белка, трансдуцина, а также молекул липидов в мембранах диска.

Отслеживание одной молекулы родопсина

Родопсин чувствителен к свету, поэтому вместо стандартного флуоресцентного красителя в видимом свете ученые использовали ближний инфракрасный краситель для отслеживания одной молекулы. 

Ученые собрали 500 отдельных «следов», созданных движениями родопсина, и получили модель с тремя состояниями, используя технологию машинного обучения логического вывода Байеса.

Результаты научной работы

Ученые обнаружили, что родопсин движется довольно свободно в мембранах диска, и предположили, что если родопсин образует временные кластеры, молекула будет двигаться от момента к моменту с разными скоростями. Ученые обнаружили, что родопсин переходит между тремя диффузионными состояниями.

Кластеры, которые формируются и исчезают

Когда исследователи увеличили флуоресцентную маркировку родопсина, они смогли наблюдать повторное образование и исчезновение кластеров родопсина. Такие свойства, как скорость диффузии и срок службы кластеров, соответствуют самой медленной диффузии, наблюдаемой при отслеживании одной молекулы. Ученые также обнаружили, что распределение родопсина в мембранах диска не является равномерным, как считалось ранее: они тонко распределены по краям и сконцентрированы в центре, где они легко образуют кластеры.

Неравенство между центром и периферией

Плотообразующая природа молекул родопсина, когда они приближаются друг к другу, позволяет предположить, что кластеры родопсина сходны с плотами. Распределение родопсина в мембранах диска взвешено по направлению к центру, что указывает на то, что рафтофильные белки и молекулы липидов собираются в центре мембраны диска, тогда как рафтофобные молекулы имеют тенденцию собираться по краям. Ученые подтвердили это, показав, что типичный рафтофобный фосфолипид di-DHA-PE локализован на краях мембраны.

Выводы

Результаты исследования показывают, что родопсин образует рафтофильные кластеры, обеспечивая временную основу для активации передачи сигнала G-белка, и кластеры родопсина отбрасываются с периферии мембран и накапливаются в центре. Эти открытия позволяют предположить, что как временная неоднородность, так и структурная неоднородность, регулируемая окружающим каркасом, играют неожиданно важную роль не только в этом случае, но и в различных других клеточных мембранах. Это обеспечивает жизненно важную часть базовых знаний. Развитие фундаментальных исследований имеет важное значение для понимания сложного морфогенеза и поддержания фоторецепторов, а также патологических состояний, таких как нарушения пигментной сетчатки. В этом исследовании ученые сосредоточилась на молекулах, связанных с процессом активации преобразования светового сигнала, но процесс дезактивации также является неизвестной областью. 

Авторы другого исследования утверждают, что селективные нейронные связи сетчатки глаза могут быть восстановлены.

Учредитель издания МКБ11, редактор, автор статей.
Врач ультразвуковой диагностики, терапевт.
Клиника Веронамед, Санкт-Петербург
E-mail: info@medicalinsider.ru

МКБ-11