Cell封面文章：視桿纖毛
日期：2012-11-23 08:02:08
利用一種稱作低溫電子斷層掃描術(shù)(cryo-electron tomography,cryo-ET)的新技術(shù)，來自貝勒醫(yī)學(xué)院的兩個(gè)研究小組構(gòu)建出了一個(gè)三維圖譜，使得我們更好地了解了遺傳突變導(dǎo)致視桿纖毛（rod sensory cilium，眼睛中一種光感受器的部分）結(jié)構(gòu)改變以及影響感光過程中其蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)能力的機(jī)制。這一研究被選為封面故事發(fā)表在11月21日的《細(xì)胞》（Cell）雜志上。
幾乎所有的哺乳動(dòng)物細(xì)胞都有纖毛。一些是能動(dòng)的，一些則不能。它們?cè)诩?xì)胞運(yùn)行中發(fā)揮重要作用，當(dāng)由于遺傳突變導(dǎo)致其缺陷時(shí)，會(huì)導(dǎo)致人們失明，認(rèn)知障礙，形成腎病，多指或多趾，變得肥胖。這樣的突變引起的纖毛缺陷統(tǒng)稱為纖毛疾病（ciliopathies）。
論文的通訊作者、貝勒醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)和分子生物學(xué)教授Theodore G. Wensel博士說：“這篇論文的主要意義在于我們第一次在三維空間中看到了纖毛疾病的結(jié)構(gòu)改變。”
與貝勒醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)和分子生物學(xué)教授Wah Chiu領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)立大分子成像中心合作，Wensel和同事們?cè)谝阎加欣w毛疾病的三個(gè)小鼠例子中確立了纖毛的三維圖像。
這些小鼠所攜帶的遺傳突變導(dǎo)致了視桿細(xì)胞外節(jié)（rod outer segment）結(jié)構(gòu)缺陷。視桿細(xì)胞外節(jié)是視網(wǎng)膜光感受器的一部分，其包含的感光性圓盤膜（disk membranes）攜帶著視紫質(zhì)（rhodopsin）。視紫質(zhì)是視網(wǎng)膜視細(xì)胞中的生物色素，對(duì)感光起至關(guān)重要的作用。
利用低溫電子斷層掃描，科學(xué)家們比較了突變小鼠和正常小鼠視桿細(xì)胞外節(jié)的結(jié)構(gòu)。
“這是世界上少數(shù)幾個(gè)能夠完成這類研究的地方，” Wensel說。Chiu主管的國(guó)立大分子成像中心具有的低溫電子顯微鏡使得斷層成像變?yōu)榭赡堋榱双@得三維重建，Chiu中心的Juan T. Chang博士了冷凍了研究生Jared Gilliam以特殊方式純化的這些光感受器。在顯微鏡成像過程中，研究人員將冷凍樣品小心地傾斜以獲取多個(gè)二維圖像，再在計(jì)算機(jī)中重建出這一三維圖像。
圖像顯示視網(wǎng)膜中光感受器的感光外節(jié)通過稱作一種連接纖毛（connecting cilium）的細(xì)小圓柱狀微管束與內(nèi)節(jié)中負(fù)責(zé)蛋白質(zhì)生成的機(jī)器連接。表明這一纖毛小根（ciliary rootlet）參與了細(xì)胞運(yùn)輸，穩(wěn)定了軸絲（axoneme）。
Wensel 說：“有大量來自內(nèi)節(jié)的物質(zhì)流入到光感受器外節(jié)。當(dāng)存在缺陷時(shí)，動(dòng)物或患者會(huì)失明。”
“研究結(jié)果表明蛋白質(zhì)的異常運(yùn)輸是導(dǎo)致光感受器退化的原因，” 論文的第一作者、現(xiàn)為德克薩斯大學(xué)健康科學(xué)中心博士后副研究員Gilliam說。
