Μοριακοί μηχανισμοί της προσαρμογής στο σκοτάδι σε απομονωμένους φωτουποδοχείς με χρήση ηλεκτροφυσιολογικής μελέτης και κυτταρικής απεικόνισης

Abstract

Vision begins with the photoisomerization of the visual pigment Chromophore 11-c/sretinal to its all-trans isoform. The visual cycle comprises a sequence of reactions thatregenerate the visual pigment, starting with the reduction of all-trans retinal to retinol.The objective of this work has been to examine physiological and biochemicalcorrelates of this initial step of dark adaptation. This was done by measuring the time courseof production and removal of a\\-trans retinol from the outer segments of isolated intactsalamander photoreceptors that have been exposed to very bright light, taking advantage ofits intrinsic fluorescence when exposed to near UV light. Recovery of dark current andchanges in sensitivity of these cells under the same conditions were measured byextracellular recording of membrane current.The conversion of all-trans retinal to retinol following bright light is over 60-fold morerapid in cones compared to rods, and spreads from the proximal part of the outer segment tothe distal tip. Clearance of retinol from cones occurs spontaneously, whereas in rodsrequires exogenous lipophilic substances. There is a positive correlation between thereduction of all-trans retinal to all-trans retinol and the recovery of sensitivity in rodphotoreceptors. Furthermore, the presence of IRBP (Interphotoreceptor Retinoid BindingProtein) both facilitates the removal of all-trans retinol from the rods and speeds up the timecourse of recovery of dark current. This suggests that the rate at which retinal is reduced toretinol may play an important role in response recovery following bleaching. The results maypartly explain why cones can recover their sensitivity rapidly, thus allowing vision underbright photopic conditions.

Η διαδικασία της οράσεως ξεκινά με τη φωτοϊσομερίωση του χρωμοφόρου τηςοπτικής χρωστικής, της 11 -c/s ρετινάλης, στην all-trans ισομορφή του. Ο κύκλος τηςοράσεως περιλαμβάνει μία ακολουθία αντιδράσεων που οδηγούν στην αναγέννηση τηςοπτικής χρωστικής και ξεκινούν με την αναγωγή της all-trans ρετινάλης σε ρετινόλη.Αντικείμενο της παρούσας εργασίας ήταν να διερευνηθούν οι φυσιολογικές καιβιοχημικές συσχετίσεις του αρχικού αυτού βήματος της προσαρμογής στο σκοτάδι. Αυτόεπιτεύχθηκε με παρακολούθηση της χρονικής πορείας της παραγωγής και απόσυρσης τηςall-trans ρετινάλης από τα έξω τμήματα απομονωμένων φωτοϋποδοχέων σαλαμάνδρας, οιοποίοι εκτέθηκαν σε δυνατό φως, εκμεταλλευόμενοι τον ενδογενή φθορισμό της ρετινόληςόταν αυτή εκτείθεται σε φως μήκους κύματος κοντά στο UV. Η ανάκτηση του ρεύματοςσκότους και οι μεταβολές της ευαισθησίας των κυττάρων κάτω από τις ίδιες συνθήκεςκαταμετρήθηκαν με εξωκυττάριο καταγραφή του ρεύματος που διαπερνά τη μεμβράνη τους.Η μετατροπή της all-trans ρετινάλης σε ρετινόλη μετά την έκθεση στο δυνατό φωςβρέθηκε ότι είναι πάνω από 60 φορές ταχύτερη στα κωνία σε σχέση με τα ραβδία, και ότιεξαπλώνεται από την περιοχή του έξω τμήματος κοντά στο ελλειψοειδές προς τοαπομακρυσμένο του άκρο. Η απομάκρυνση της ρετινόλης από τα κωνία συμβαίνειαυτόματα, ενώ στα ραβδία απαιτεί την παρουσία εξωγενών λιπόφιλων ουσιών. Υπάρχειθετική συσχέτιση ανάμεσα στην αναγωγή της all-trans ρετινάλης σε ρετινόλη και τηνανάκτηση της ευαισθησίας των ραβδίων. Επιπλέον, η παρουσία της IRBP(Interphotoreceptor Retinoid Binding Protein) διευκολύνει την απόσυρση της all-transρετινόλης από τα κύπαρα αυτά, ενώ παράλληλα επιταχύνει τη χρονική πορεία ανάκαμψηςτου ρεύματος σκότους. Αυτό υποδηλώνει ότι ο ρυθμός με τον οποίο η ρετινόλη ανάγεται σερετινόλη μπορεί να παίζει σημαντικό ρόλο στην επανάκτηση της απάντησης που ακολουθεί τη φωτοδιάσπαση της οπτικής χρωστικής. Τα παραπάνω αποτελέσματα θα μπορούσαν ενμέρει να ερμηνεύσουν το γιατί τα κωνία μπορούν να ανακτήσουν την ευαισθησία τουςγρήγορα, επιτρέποντας έτσι την όραση σε συνθήκες έντονου φωτισμού.