视觉系统是人类感官系统中的一个重要组成部分,脊椎动物视觉系统十分复杂,视觉地图是由百万个神经细胞组成的。为了使成年动物能正常看见,在发育过程中这些神经细胞需要正确地组装。果蝇是一个很好的研究模型(能进行遗传改造),近期在《Cell》杂志上,两篇文章获得了果蝇视觉系统研究的重要进展。
多年以来,科学家一直努力研究动物视觉系统的机理,例如动物如何在不同的情况下(包括黑夜与强烈日光下)侦测光,以及人类眼睛如何于不同的光度环境下作出反应及调控光的接收。
近期,来自香港科技大学的研究人员以果蝇的感光细胞作为模型系统,发现了动物的感光细胞如何以极高的速度侦测强度差距极大的光信号的机理。这对于视网膜色素变性(人群中每3000人就有一人会患上此病,其早期病症表现为夜盲)及其他人类视觉障碍的研究大有裨益。此外,该研究对于了解人类的癌症、神经退化及免疫力障碍等疾病的生物信号转导过程亦有帮助,因为蛋白氧化与这些生物过程有关。
研究人员发现在暗光环境下,还原的INAD蛋白处于还原状态,让果蝇的视觉系统可以保持对光侦测的高敏感度;而随着光线强度的逐渐增加,INAD蛋白进入氧化状态,从而降低了感光细胞对光线的敏感度。因此,INAD支架蛋白在动物视觉侦测系统内起了“变阻器”的作用:感光细胞将根据侦测到的光线强弱调整输出的神经信号强弱。
这些发现表明,动物眼睛内称为INAD的支架蛋白会跟随光线的强弱而发生分子结构的改变,从而调控光信号的侦测速度与信号输出的大小。INAD蛋白这种依赖光的分子结构变化,是由动物眼睛的快速氧化还原所致。
另外一篇文章中,来自纽约大学等处的研究人员通过对果蝇视网膜上的光感细胞进行分析,发现了调解视觉系统基因表达的重要机制。
果蝇的视紫质(视网膜光感受器)至少有13种表达模式,科学家们对于这些基因如何相互影响并不清楚,而这对于了解眼睛的作用机制具有重要意义。
在这篇文章中,研究人员通过对比正常和变异的视觉系统,发现转录因子基因dve在调解视紫质表达的网络中是个关键点。在dve的变异体中,正常存在于色彩视觉光感受器中的视紫质会在感受运动的光感受器中表达。这种变异会导致果蝇在略微的光线变化时对光的检测缺陷。
dve基因是两个相反连锁前馈回路(FFLs)的共享成分。FFLs是网络中控制基因表达的重要基序。dve在其中一个FFL中的作用是抑制感受运动光感受器中的视紫质表达;而在色觉光感受器中,另一个FFL通过dve基因解除抑制,激活视紫质的表达。因此,这个网络的作用既限制又导致特定细胞的表达。这个连锁FFL基序有可能是控制基因表达的一个总的机制。
(生物通:万纹)