Photorezeptoren in unseren Augen anpassen können, um sowohl schwache und starke Licht-Ebenen, aber wir wissen noch nicht genau, wie Sie es tun. Emeritierter Professor Fumio Hayashi aus Kobe University und seinen Kollegen ergab, dass der lichtempfänger protein rhodopsin bildet transiente Cluster innerhalb der Disk-Membranen in der Netzhaut. Diese Cluster befinden sich in der Mitte von Disk-Membranen und fungieren als Plattformen, die in den Prozess von Licht auf Chemische signal-Konvertierung. Die Ergebnisse wurden veröffentlicht als eine hervorgehobene Papier in der Kommunikation Biologyon Juni 14.
Das Forschungsteam für diese Studie umfassen Associate Professor Kenichi Morigaki (Biosignal Research Center, Kobe University), emeritierter Professor Shohei Maekawa (Graduate School of Science, Kobe University), Associate Professor Keiji Seno (Fakultät für Medizin, Hamamatsu University School of Medicine) und Forscher Natsumi Saito (School of Medicine, Jichi Medical University).
Innerhalb der stäbchenförmigen Photorezeptoren in unserer Netzhaut gibt es etwa 1000 Schichten scheibenförmiger Membranen, ein paar Mikrometer im Durchmesser. Dies sind lipid-bilayer-Membranen eingebettet mit hohen Konzentrationen der lichtempfänger protein rhodopsin. Rhodopsin ist ein prototypisches Mitglied der G-protein-gekoppelten-Rezeptoren (GPCR), die verantwortlich ist für das sammeln von verschiedenen Informationen über unsere äußere Umgebung.
In dieser Studie, die Forscher verwendet die neueste Technologie und Analyse-Methoden zur Untersuchung der Dynamik einzelner Moleküle des rhodopsin G-protein transducin als auch lipid-Moleküle innerhalb von Disk-Membranen.
Single-molecule tracking of rhodopsin
Rhodopsin ist lichtempfindlich, so dass anstelle der Verwendung der standard-sichtbares Licht fluoreszierenden Farbstoff das team verwendet nah-Infrarot-Farbstoff für die einzelmolekül-tracking. Sie bestätigt, dass rhodopsin bewegt sich Recht frei innerhalb von Disk-Membranen, und prophezeite, dass wenn rhodopsin bilden temporäre Cluster, das Molekül bewegen würde, von moment zu moment in verschiedenen Geschwindigkeiten. Sie sammelten 500 einzelnen „tracks“ erstellt durch die rhodopsin-Bewegungen (Abbildung 1, Links), erhielt einen drei-state-Modell durch die Verwendung von Bayes-Inferenz machine-learning-Technologie (Abbildung 1 Mitte) und festgestellt, dass rhodopsin übergänge zwischen den drei diffusiven Staaten (Abbildung 1 rechts).
Cluster bilden und verschwinden
Wenn Sie erhöhten die fluoreszierende Markierung von rhodopsin, das team war in der Lage zu beobachten, die wiederholt generation und das Aussterben der rhodopsin-Cluster (Abbildung 2). Eigenschaften, wie etwa die Diffusions-Geschwindigkeit und der Lebensdauer der Cluster abgestimmt mit der langsamsten diffusion beobachtet, in einzelnen Molekül zu verfolgen. Das team entdeckte auch, dass rhodopsin Verteilung innerhalb von Disk-Membranen nicht einheitlich als bisher angenommen: Sie verteilt sind Dünn an den Rändern und konzentrierte sich in der Mitte, wo Sie leicht Cluster zu bilden.
Ungleichheit zwischen Zentrum und Peripherie
Das Floß-bildenden Natur des rhodopsin-Moleküle, wenn Sie näher zueinander deutet darauf hin, dass rhodopsin-Cluster sind ähnlich wie die Flöße. Die Verteilung von rhodopsin im Disk-Membranen gewichtet in Richtung Zentrum (Abbildung 3 Links), der angibt, dass raftophilic Proteinen und lipid-Moleküle sammeln sich in der Mitte der Disk-Membran, in der Erwägung, dass raftophobic Moleküle dazu neigen, sich zu sammeln an den Kanten. Das team überprüfte dies, indem Sie zeigen, dass der typische raftophobic phospholipid-di-DHA-PE ist lokalisiert an der Membran Kanten (Abbildung 3 rechts).
Die Studie zeigt, dass (1) rhodopsin macht raftophilic Clustern, die Bereitstellung einer vorübergehenden Gerüst für die Aktivierung der G-protein-signal führt, und (2) rhodopsin-Cluster werden nicht in der Peripherie der Membranen, und sammeln Sie in der Mitte. Diese Funde deuten darauf hin, dass sowohl transiente nicht-Homogenität und strukturelle nicht-Gleichförmigkeit reguliert, der durch die umgebenden Rahmen, unerwartet spielen eine wichtige Rolle, nicht nur in diesem Fall sondern auch in anderen Zellmembranen.