視桿細(xì)胞
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視桿細(xì)胞
(rod cell)
人類每個(gè)眼球的視網(wǎng)膜內(nèi)約有1.2億個(gè)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(dú)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(shí)，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(bào)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(duì)光強(qiáng)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(gè)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(dòng)物眼部唯一兩個(gè)感光系統(tǒng)?！奔s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?！坝肋h(yuǎn)不要說永遠(yuǎn)，但至少目前還沒有證據(jù)表明有第三個(gè)系統(tǒng)存在?！?/p>
產(chǎn)生視覺形象是眼睛最為人熟知的工作，但感光并對(duì)光水平做出反應(yīng)也是眼睛一項(xiàng)極為重要的工作。有了這個(gè)附屬能力，眼睛就可以維持機(jī)體內(nèi)部生物鐘運(yùn)轉(zhuǎn)，使瞳孔對(duì)光有反應(yīng)，在一天中適當(dāng)?shù)臅r(shí)間激活響應(yīng)的活動(dòng)動(dòng)機(jī)?？茖W(xué)家報(bào)道，沒有這三種細(xì)胞發(fā)送的信號(hào)，小鼠就會(huì)喪失這些正常能力。
在實(shí)驗(yàn)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(gè)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(huì)影響你的觀察結(jié)果?！?/p>
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(duì)光做出反應(yīng)。在多倫多大學(xué)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)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(shí)，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(gè)實(shí)驗(yàn)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(qiáng)光時(shí)也會(huì)表現(xiàn)得不太活躍，會(huì)藏起來甚至睡覺。”Yau說?！斑@被看作是動(dòng)機(jī)發(fā)生改變，也許小鼠意識(shí)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(jī)會(huì)更大。但3基因敲除小鼠好像在白天與夜晚一樣活躍?！?/p>
研究人員設(shè)計(jì)了另外一個(gè)實(shí)驗(yàn)來排除cryptochrome蛋白有感光作用，據(jù)報(bào)道該蛋白與果蠅的感光有關(guān)。由于每個(gè)光敏蛋白都是對(duì)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(duì)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(shí)驗(yàn)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(shí)，“重設(shè)”內(nèi)部生物鐘的能力最強(qiáng)。
“在果蠅中，有兩個(gè)以上系統(tǒng)負(fù)責(zé)感光，而在斑馬魚和鳥類等一些動(dòng)物中，感光甚至不只局限于眼睛，而這對(duì)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?！暗诓溉閯?dòng)物中，所有這些功能--視力、生物鐘和光誘導(dǎo)活動(dòng)，都存在于一個(gè)部位，那就是視網(wǎng)膜，并且僅由兩個(gè)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(huì)遭到破壞。
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