Идентификация разновидностей йодопсина — цианолаба

Фотопигменты Опсины (версия Миг) — G-белки фотосинтеза и зрения. Опсины пигменты группы рецепторных белков семейства ретинолидов с молекулярной массой 35‒55 кДа, связанных с мембраной G-протеинов (G protein-coupled). Обнаружены в мембране галобактерий, в светочувствительных фоторецепторных клетках беспозвоночных и позвоночных животных (сетчатка (версия Миг)), фотосинтезирующих организмах, в светочувствительном пигменте меланофоров кожи земноводных, радужке лягушки и т. д.

Разновидность опсинов содержит четыре группы фотопигментов колбочек, участвующих в цветном зрении:

• Четыре типа опсинов колбочек (фотопсины) — экспрессируются в колбочках, участвующих в цветном зрении с общим названием йодопсины:
  • Чувствительные в области длинных волн (Long Wavelength Sensitive, LWS, OPN1LW) опсины — λ_max в красном диапазоне
  • Чувствительные в области волн средней длины (Middle Wavelength Sensitive, RH2 или MWS) опсины — λ_max в зеленой части спектра
  • Чувствительные в области коротких волн 2 (SWS2) опсины — λ_max в синем диапазоне
  • Чувствительные в области коротких волн 1 (SWS1) опсины — λ_max в фиолетовой и ультрафиолетовой части диапазона

В области длинных и средних (красный и зелёный диапазон) волн фотопигменты колбочек обнаружены.

В области коротких волн предполагаемый фотопигмент цианолаб пока не обнаружен, но индентифицирован.

Виды фотопигментов колбочек

Различные опсины (версия Миг) отличаются аминокислотами в составе молекул, и поглощают свет в несколько различном диапазоне длин волн, как ретиналь-связанные молекулы.

У человека идентифицировано три вида йодопсина (фотопсина):

• 560 nm: rot-sensitives L-Iodopsin mit L-Photopsin, Шаблон:UniProt. Defekte am OPN1LW-Gen sind die Ursache der Protanopie — красные лучи света;
• 530 nm: grün-sensitives M-Iodopsin mit M-Photopsin, Шаблон:UniProt. Defekte am OPN1MW-Gen sind die Ursache der Deuteranopie — зелёные лучи света;
• 420 nm: blau-sensitives S-Iodopsin mit S-Photopsin, Шаблон:UniProt. Defekte am OPN1SW-Gen sind die Ursache der Tritanopie — синие лучи света. Открытие колбочек-S связано с наличием у них не открытого синего фотопигмента цианолаба.

Cone type	Name	Range	Peak wavelength
S (OPN1SW) — «tritan», «cyanolabe»	β	400—500 nm	420‒440 nm
M (OPN1MW) — «deutan», «chlorolabe»	γ	450—630 nm	534‒545 nm
L (OPN1LW) — «protan», «erythrolabe»	ρ	500—700 nm	564‒580 nm

Введение

Рис. 1. Кривые спектральной чувствительности колбочковых приёмников нормального трихромата, определённые колориметрическим методом (А), и спектры поглощения, измеренные в наружных сегментах одиночных колбочек макаки (Б), где:S—445нм, M—535нм, L—570нм. (По. Marks et al., 1964). Сплошные кривые на А представляют результат расчёта кривых спектральной чувствительности по кривым сложения нормального трихромата (Бонгард, Смирнов, 1955); кружки — результаты опытов с дихроматами .

Важная работа Уолда. о применении интенсивного адаптирующего жёлтого, пурпурного и синего фона, позволило Уолду получить три разные пороговые кривые. Делая поправку на поглощение в передних средах глаза (хрусталик и жёлтый макулярный пигмент), Уолд называет в качестве максимумов трёх «приёмников» (он обнаружил не приёмники, а только максимумы поглощения тканями сетчатки, хотя тканями сетчатки впоследствии оказались приёмники — фоторецепторы сетчатки колбочки) 430, 540 и 575 нм.

На рис. 1. Кривые спектральной чувствительности пигментов глаза нормального трихромата, определённые колориметрическим методом (А), и спектры поглощения, но измеренные в наружных сегментах одиночных экстерорецепторов колбочек макаки (Б).(По. Marks et al., 1964). Сплошные кривые на А представляют результат расчёта кривых спектральной чувствительности по кривым сложения нормального трихромата (Бонгард, Смирнов, 1955); кружки — результаты опытов с дихроматами

Индентификация фотопигментов опсинов фоторецепторов животных

Недавно были опубликованы работы в которых были предложены возможные механизмы трансдукции колбочки сетчатки рыбы как образца (Kawamura и др., 2004; Shimauchi-Matsukawa и др., 2005; Tachibanaki и др., 2005; Tachibanaki и др., 2001; Wada и др., 2006). Однако, несмотря на изучение фототрансдукции палочки за счёт комбинации генетики мыши и микро электродов, позволяющих делать запись нервных импульсов на примерах сетчатки мыши, была до недавнего времени ограничена исследованиями ЭРГА. Это связано с тем, что процент колбочек в сетчатке мал (~3 %) и недолговечность внешней доли (мембраны) (САЛАТ РОМЭН).

Это препятствие было, наконец, преодолено Pugh и коллегами (Никонов и др., 2005; Никонов и др., 2006). Обычную регистрацию пипетки всасывания, которая вовлекает попадание ПЗУ в пипетку всасывания («РОТ в»), и при этом не допускался более хрупкий «САЛАТ РОМЭН», который мог обеспечивать условия хорошего вовлечения ПЗУ в пипетку всасывания . Вместо этого Pugh и коллеги тянули часть внутренней доли («РОТ») фоторецептора колбочки, относящейся к сетчатке глаза мембранной пластины, позволяя длинную, устойчивую регистрацию. Предварительно показано, что та же самая информация могла быть получена, делая запись или от внешней или от внутренней доли земноводных палочек и колбочек (Yau и др., 1981) как ожидается от природы циркулирующего потока.

Чтобы преодолевать трудность идентификации колбочек с ~3 % в сетчатке мыши, Pugh и коллеги использовали три различных вида мышей.

• Первый вид испытывает недостаток в нервном лейциновом факторе транскрипции застежки — молнии (Nrl) (Mears и др., 2001), который решительно изменяет судьбу клетки фоторецепторов палочки, превращая их в подобные колбочке фоторецепторы (Даньеле и др., 2005; Никонов и др., 2005).
• Второй EGFP экспрессов в кодбочках мыши, который облегчает/проверяет их идентификацию (Fei и Hughes, 2001).
• Третий испытывает недостаток в палочке transducin α-subunit (gnat1-/-), который блокирует фототрансдукцию прута (Calvert и др., 2000).

Иллюстрация 16.

• Иллюстрация 16. Ответы вспышки фоторецепторов кобочек мыши от различных генотипов. a. Сравнение среднего ответа Булочек (Колбочек-S) при вспышках с 361 нм и М. колбочек при вспышках с 510 нм (b). Сравнение средних ответов вспышки на вспышки с 361 нм дикого типа S-колбочек, gnat1-/- или Nrl-/- колбочки, и палочки, зарегистрированные под тем же самым «РТОМ» условии. Каждый след измерен с одиночной вспышкой в его пике. Данные от рис. 4E и F (Никонов и др., 2006) опубликованы с разрешением из Университетской Прессы Rockefeller.

В случае линии мыши EGFP, фоновый свет подбирался таким, чтобы подавить ответ палочки, и чтобы ответ колбочки мог быть изолирован. В результате ответ колбочки немного приспособлен подбором света, и поэтому был немного более быстр и меньшим для данной интенсивности испытательной вспышки, чем это от gnat1-/- или Nrl-/- колбочки. Когда этот фактор был учтен, легкие свойства ответа колбочек мыши, зарегистрированных от трех mouselines, очень подобны и как ожидалось они относятся к колбочкам млекопитающих (иллюстрация 16, Стол 3) (Никонов и др., 2006). Видно, что среди этих особенностей — то, что колбочки мыши намного более терпимы, чем палочки мыши к обесцвеченному пигменту. Темный поток света (меньшая освещённость) воспринимается более существенно в обоих колбочках типа S и M. после воздействия сильных лучей вспышек, которые отбеливают существенную фракцию фотопигмента. Однако, одно обнаруженное удивление состоит в том, что инактивация М. пигмента более задержана, чем от от пигмента S в отсутствии GRK1, предлагая существование GRK1-независимого механизма инактивации для пигмента S.(синего) Nrl-/- колбочки отличаются от дикого типа в определенных отношениях. Их внешние доли короче, более беспорядочны и подвергаются медленному вырождению (Даньеле и др., 2005). Кроме того, в отличие от дикого типа, Nrl-/- колбочки выражают намного более высокий процент активности от S-opsin. Таким образом, трансгенные мыши, выражающие EGFP в их колбочках и gnat1-/- мыши лучше, чем Nrl-/- мыши для того, чтобы изучать физиологию колбочки. Таким образом получена зависимость активности трансгенных колбочек и диких в зависимости от разновидности пигмента кон-опсина, и следовательно имеется связь между видом колбочек S,M,L и видом пигмента в каждой из них! (Необходимое замечание).

Таблица 3.

• Таблица 3. Динамика и параметры чувствительности палочек и колбочек мыши 1.

Денситометрия при нахождении фотопигментов колбочек

Йодопсин — общее название зрительных пигментов колбочек сетчатки, участвующих в механизме цветного зрения.

История

Впервые существование колбочкого пигмента (косвенным образом) было обнаружено Уолдом, который и дал ему название йодопсин.. В 1967 г. за эти работы ему была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине.

Работа Уолда. Применение интенсивного адаптирующего жёлтого, пурпурного и синего фона, позволило Уолду получить три разные пороговые кривые. С учётом поправок на поглощение в передних средах глаза (хрусталик и жёлтый макулярный пигмент), Уолд фиксирует максимумы трёх «приёмников» (хотя реально он обнаружил не приёмники, а только максимумы поглощения тканями сетчатки) 430, 540 и 575 нм., где как оказалось впоследствии, максимум 430нм — показатель длины волны синей колбочки, которую, обнаружили учёные Лаборатории Р. Е. Марка, например, Доктор Kalloniatis теперь Роберт г. Leitl профессор Оптометрии кафедры Оптометрии и Видение Науки, университет Auckland (См. Визуальное цветное зрение (версия Миг)).

Первые попытки найти три пигмента и, как предполагалось три типа колбочек проводились Раштоном, который довёл до совершенства методику Денситометрии для прижизненного измерения коэффициентов поглощения света с различной длиной волны — в слое фоторецепторов сетчатки. Было показано, что у цветоаномалов отсутствует один из пигментов, имеющихся у людей с нормальным зрением: «эритролаб» (максимум около 585 нм.) у протанопа и «хлоролаб» (максимум около 540 нм.) — у дейтеранопа.

Современные методы исследований фотопигментов колбочек

Денситометрия клеток сетчатки глаза

Прибор для определения плотностей веществ методом денситометрии

Например, в медицине в общей и дифференциальной диагностике, при патологии и лечении различных заболеваний зрительной системы, используются разнообразные электрофизиологические методы исследования — ЭРГ. Выбор метода определяется происхождением биоэлектрической активности в пигментном эпителии, тех или иных слоях и нейронах сетчатки, центральном отделе зрительного анализатора зрительной коры.

Определение состояния вообще или локализации заболеваний, когда проводят электрофизиологическое (ЭОГ, dc ЭРГ, с-волна) тестирование методом денситометрии, может быть следующей:

• Пигментный эпителий сетчатки (ЭОГ, dc ЭРГ, с-волна);
• Наружный сегмент фоторецепторов (мембраны колбочек, палочек)(ранний, рецепторный потенциал — денситометрия), определение способности выделять сфокусированные лучи предметной точки колбочками и палочками (КЗС),
  • рецепторный слой (а-волна в общей ЭРГ),
  • колбочковая система (фотопическая ЭРГ, тесты на цветовое зрение, мелькающая ЭРГ),
  • палочковая система (палочковая изолированная ЭРГ на слабый голубой или белый стимул ниже колбочкового порога, тесты на темновую адаптацию),
• средние слои сетчатки, клетки Мюллера (b-волна общей ЭРГ), *амакриновые и биполярные клетки (осцилляторные потенциалы, Р50-компонент паттерн-ЭРГ, порог негативного ответа);
• слой ганглиозных клеток сетчатки (паттерн ЭРГ), макулярная область (локальная, макулярная ЭРГ);
• зрительный тракт (зрительные вызванные корковые потенциалы).

Если первые попытки найти три пигмента и, как предполагалось три типа колбочек проводились Раштоном, который довёл до совершенства методику Денситометрии для измерения коэффициентов поглощения света с различной длиной волны — в слое фоторецепторов сетчатки и было показано, что у цветоаномалов отсутствует один из пигментов, имеющихся у людей с нормальным зрением: «эритролаб» (максимум около 585 нм.) у протанопа и «хлоролаб» (максимум около 540 нм.) — у дейтеранопа, то сейчас при помощи специальных методов динстометрии с применением современных денситометров учёным удаётся определить работу колбочек и палочек в состоянии нормальной деятельности и диагностике их заболеваний.

См. также

• Теория трёхкомпонентного цветного зрения (версия Миг)
• Денситометр (версия Миг)