约翰斯·霍普金斯医学科学家表示，用鼠眼组织进行的新实验强烈表明，关于哺乳动物视网膜处理光的方式的长期“教科书概念”需要重写。
30多年前，当研究人员在青蛙视网膜上进行实验时发现，当被称为光子的光的单个粒子被称为棒的光敏细胞吸收时，这种持久的概念就扎根了，它开始了一连串的生化反应。大约500个分子称为G蛋白。
现在，约翰霍普金斯大学的视觉科学家说，他们的实验，3月12日在美国国家科学院院刊中所描述的，表明在级联反应中激活的G蛋白分子的数量要少得多 - 仅涉及10-20个老鼠的棒。
科学家说，这一新发现很重要，因为G蛋白属于一个非常大的生化信号通路家族，称为G蛋白偶联受体，是生物学中最丰富的信号通路之一，King-Wai Yau博士说。约翰霍普金斯大学医学院神经科学与眼科学教授。
“这些途径是制药公司的主要目标，因为它们控制着许多不同的生理过程，从允许我们看到图像的那些到与心脏病相关的过程，”丘说。
“我们开始更好地了解我们的视觉系统，我们越了解系统，我们就越能为其故障开发治疗方法，”丘的实验室博士后研究员Daniel Silverman博士说。
当光子撞击视网膜中的视杆时，它会被称为视紫红质的光敏蛋白吸收，该视蛋白被嵌入细胞内的膜中。然后视紫红质激活G蛋白，进而激活其他酶。Yau说，正是新实验挑战的一种视紫红质分子激活的G蛋白分子数量。他指出，其他科学家推测，活化的G蛋白分子的数量可能比原先提出的数百个少得多，但这个数字很难直接用完整的棒测量。
为此，丘和他的同事设计了两种方法来测量完整杆中单个活化G蛋白的反应。
首先，科学家使用经过工程改造的小鼠来表达视紫红质的突变形式，它与G蛋白的相互作用非常差，因此大多数时候没有G蛋白被激活。但是当视紫红质成功地与G蛋白分子相互作用时，只有一种G蛋白被激活。
其次，科学家研究了视紫红质的正常视紫红质的衍生物，它是在视紫红质暴露在光线下后产生的。Opsin本身不吸收光，但它可以偶尔和非常弱地发出G蛋白的信号。丘说，Opsin的信号很弱，最多可以激活一个G蛋白分子。
为了进行定量测量，Silverman和前研究生Wendy WS Yue使用的紧身玻璃吸管比填充盐水溶液的人发更薄，并将玻璃吸管放在一根杆上，这条杆从小鼠的视网膜上发芽草。然后，Silverman和Yue记录了来自杆的电流，该电流基本上反映了来自视紫红质/视蛋白-G蛋白级联的信号。
通过使用数学工具分析电信号，Yue和Silverman发现由单个G蛋白分子触发的电信号仅为来自单个视紫红质分子的信号估计值的十二分之一到十四分之一。因此，他们估计一种视紫红质激活大约10-20G蛋白质分子。
丘先前曾发现，在一种促进小鼠嗅觉的类似信号级联中，一种活化的受体分子激活一种G蛋白分子的可能性非常低。相比之下，视觉中的这种信号系统触发10-20个分子的发现可以反映视觉系统在非常暗的光条件下检测光的独特需要，而不必将来自多个杆的信息组合在一起，这将牺牲空间分辨率。
这项工作得到了美国国立卫生研究院国家眼科研究所(EY006837，EY001157，EY012155和EY007143)，AntónioChampalimaud视觉奖，霍华德休斯医学研究所国际预测奖学金和视觉科学培训项目预科奖学金的支持。