視桿細(xì)胞
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視桿細(xì)胞
(rod cell)
人類每個眼球的視網(wǎng)膜內(nèi)約有1.2億個視桿細(xì)胞，其樹突呈細(xì)桿抓哏內(nèi)，稱為視桿，視桿外節(jié)的膜盤除基部少數(shù)膜盤仍與胞膜相連，其余大部分均在邊緣處與胞膜脫離，成為獨立的膜盤。膜盤的更新是由外節(jié)基部不斷產(chǎn)生，其頂端不斷被色素上皮細(xì)胞所吞噬。膜盤上鑲嵌有感光物質(zhì)，稱視紫紅質(zhì)(rhodopsin)，能感受弱光。視紫紅質(zhì)是由11-順視黃醛(11-cisretinae)和視蛋白(oposin)組成，前者是維生素A的衍生物，當(dāng)維生素A缺乏時，視紫紅質(zhì)合成不足，則患夜盲癥。視桿細(xì)胞體較小，核圓形染色較深，其軸突末梢不分之呈球型，與雙極細(xì)胞的樹突形成突觸。
約翰.霍普金斯大學(xué)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)現(xiàn)，眼睛感光的任務(wù)極有可能僅由三種細(xì)胞負(fù)責(zé)。
在2003年6月15日期《自然》雜志的網(wǎng)絡(luò)版上，研究小組報道，視錐細(xì)胞、視桿細(xì)胞和產(chǎn)生黑視蛋白的特殊視網(wǎng)膜細(xì)胞一起合作，包攬了小鼠對光強做出反應(yīng)的全部工作。有其他研究人員提出產(chǎn)生感光色素cryptochrome的細(xì)胞也有感光作用，但霍普金斯的科學(xué)家表示，就小鼠而言，cryptochrome細(xì)胞沒有這個作用，在人類中恐怕也是如此。
“我們相當(dāng)確信，視錐/視桿細(xì)胞系統(tǒng)和黑視蛋白系統(tǒng)是哺乳動物眼部唯一兩個感光系統(tǒng)。”約翰.霍普金斯大學(xué)基礎(chǔ)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)研究所的神經(jīng)科學(xué)教授King-Wai Yau博士說。“永遠(yuǎn)不要說永遠(yuǎn)，但至少目前還沒有證據(jù)表明有第三個系統(tǒng)存在。”
產(chǎn)生視覺形象是眼睛最為人熟知的工作，但感光并對光水平做出反應(yīng)也是眼睛一項極為重要的工作。有了這個附屬能力，眼睛就可以維持機體內(nèi)部生物鐘運轉(zhuǎn)，使瞳孔對光有反應(yīng)，在一天中適當(dāng)?shù)臅r間激活響應(yīng)的活動動機。科學(xué)家報道，沒有這三種細(xì)胞發(fā)送的信號，小鼠就會喪失這些正常能力。
在實驗中，Yau和博士后研究人員Samer Hattar博士除去編碼三種關(guān)鍵蛋白的基因，三種蛋白中的每一種都有助于傳遞來自視桿細(xì)胞、視錐細(xì)胞和黑視蛋白細(xì)胞的光信息。早先，阻止小鼠模型視桿細(xì)胞、視錐細(xì)胞和產(chǎn)生視力的細(xì)胞的光信息傳遞的傳統(tǒng)方法是使視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞退化。
“但我們想避免傳統(tǒng)的視桿、視錐細(xì)胞退化孝小鼠模型所帶來的不確定性。”Hattar說。“在那個模型中，你無法確定視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞喪失的百分比，也無法確定退化的視網(wǎng)膜本身是否會影響你的觀察結(jié)果。”
令分別除去了3種關(guān)鍵蛋白的單基因敲除小鼠進(jìn)行雜交，最終產(chǎn)生的后代，也就是3基因敲除小鼠，每種蛋白的“劑量“都減半或者三種蛋白水平出現(xiàn)不同組合。
與倫敦帝國學(xué)院的Robert Lucas合作，霍普金斯大學(xué)的研究人員證明，3基因敲除小鼠根本無法調(diào)節(jié)瞳孔對光做出反應(yīng)。在多倫多大學(xué)進(jìn)行的實驗中，文章合著者Nicholas Mrosovsky發(fā)現(xiàn)，3基因敲除小鼠暴露于光照中時，活躍水平的調(diào)節(jié)也不適當(dāng)。而三種蛋白各含一半劑量的小鼠在兩個實驗中反應(yīng)都正常。
“即使其內(nèi)部生物鐘告訴它現(xiàn)在是夜晚，正常小鼠暴露于強光時也會表現(xiàn)得不太活躍，會藏起來甚至睡覺。”Yau說。“這被看作是動機發(fā)生改變，也許小鼠意識到在光照中--即使生物鐘告訴它們現(xiàn)在是夜晚，它們被捕食的機會更大。但3基因敲除小鼠好像在白天與夜晚一樣活躍。”
研究人員設(shè)計了另外一個實驗來排除cryptochrome蛋白有感光作用，據(jù)報道該蛋白與果蠅的感光有關(guān)。由于每個光敏蛋白都是對光的特征波長最敏感，因而將小鼠暴露于單波長光中可以揭示對眼睛的非視覺功能最重要的蛋白。
在這些在倫敦帝國學(xué)院進(jìn)行的實驗中，研究人員發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的視桿/視錐細(xì)胞退化小鼠當(dāng)暴露于黑視蛋白細(xì)胞而不是cryptochrome細(xì)胞感應(yīng)的光時，“重設(shè)”內(nèi)部生物鐘的能力最強。
“在果蠅中，有兩個以上系統(tǒng)負(fù)責(zé)感光，而在斑馬魚和鳥類等一些動物中，感光甚至不只局限于眼睛，而這對于傳統(tǒng)的視桿/視錐細(xì)胞退化小鼠而言是不可能的事情。”Hattar說。目前，Hattar正在區(qū)分視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞在感光中所扮演的角色。“但在哺乳動物中，所有這些功能--視力、生物鐘和光誘導(dǎo)活動，都存在于一個部位，那就是視網(wǎng)膜，并且僅由兩個系統(tǒng)、三類細(xì)胞完成。”
盲人的視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞喪失功能，但眼睛中產(chǎn)生黑視蛋白的細(xì)胞似乎仍能提供足夠的信息使身體和大腦與生物鐘協(xié)調(diào)一致。但如果完全失去雙眼，生物鐘就會遭到破壞。
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