迎宾傅
1.介绍。
脊椎动物依靠视网膜杆和视锥细胞进行传统的图像形成视觉，而非图像形成视觉则由固有的光敏视网膜神经节细胞(ipRGCs)介导(见第二部分第七章)。视杆细胞专门用于低光视觉。它们非常敏感，可以发出单个光子的吸收信号。视锥细胞介导日光视觉(图1)。视锥细胞对光的敏感度比视杆细胞低得多，但有更高的时间分辨率。它们还通过几种具有不同色素光谱灵敏度的锥型来调节色觉。
自20世纪70年代末引入吸力电极记录技术以来，人们对杆状光转导的认识取得了巨大进展(Baylor等人，1979a)。用这种方法可以记录单个两栖动物和哺乳动物(包括灵长类动物)的光感受器。另一方面，由于牛视网膜组织丰富，因此一直是生物化学家研究光转导的首选材料。然而，在过去的十年里，由于基因定位技术的出现，老鼠已经成为越来越受欢迎的研究动物模型。当与电生理学结合时，小鼠遗传学在阐明关键光转导蛋白在体内的功能方面提供了无法比拟的力量，其中大多数在杆状细胞中被敲除、过表达或突变，提供了关于杆状/锥状光反应放大、恢复和适应机制的丰富信息(表1、图2和3)。
我将首先对小鼠光感受器的结构和发展作一个简要的描述，然后对近期的杆状光转导研究进行总结，重点从小鼠模型中收集信息。最后，我们将介绍小鼠视锥细胞研究的最新进展。
2.杆和锥的结构。
视杆细胞约占小鼠视网膜感光细胞的97%，其余为视锥细胞(Carter-Dawson and LaVail, 1979)。小鼠的光感受器在物理尺寸上与灵长类的光感受器大致相似(表2和图2)。外段直径约1.4 um，杆状细胞长24 um，相应的，锥状细胞约1.2 um和13 um。这些尺寸明显小于两栖动物的光感受器(图1)，这解释了生理学家长期青睐后者。
表2小鼠杆体和锥体外节段的物理尺寸。蝾螈和灵长类的光感受器被纳入比较目的
杆状细胞和锥状细胞有四个主要的结构/功能区域:外节段、内节段、细胞体和突触末端。外节通过纤细的连接纤毛与内节连接。外层充满了密集的膜盘堆(图2和3)，间隔约为28纳米。视盘携带视色素(视紫红质在视杆细胞中，视锥色素在视锥细胞中)和其他作为跨膜或外周膜蛋白的转导成分(图3)。视色素是外段最丰富的蛋白质。视觉色素作为一种主要结构成分的重要性在视紫红质敲除小鼠身上得到了证明，其棒状外段未能形成(Humphries et al.， 1997;Lem等人，1999)。该小鼠的杆状光感受器退化，随后是视锥细胞退化。在不同脊椎动物中，色素分子在椎间盘上的堆积密度非常均匀，约为25000 mm2，对应于~ 3mM的浓度(Harosi, 1975)。因此，外层色素分子的总数可以从它的包膜体积大致计算出来。密集叠盘大大增加了光子捕获的概率。杆状细胞和锥状细胞之间一个有趣的区别是，杆状细胞盘(除了外节基部新生的盘)是完全内化的，因此在物理上与质膜分离，而锥状细胞盘仍然是质膜的折叠部分。开放的锥盘为细胞内外物质的快速流动提供了更大的表面积，如色素再生的发色团转移和光适应过程中的快速钙动态。
 图2所示。猴杆和锥的低倍率EM图像，外节盘增大 |
 图3。外节盘中的视紫红质示意图 |
内层包含内质网和高尔基体。为了满足与光转导相关的代谢能量的高需求，它也被紧挨着外层段的线粒体所包围(图2)。所有到达外节的蛋白质都必须通过外节和内节之间狭窄的连接纤毛。
突触末端将光信号传递给视网膜中的二级神经元:双极细胞和水平细胞。在黑暗中，通过外节膜上的阳离子电导，有一个稳定的向内电流(“暗电流”)(Hagins et al.， 1970)，使棒或锥体去极化，并保持谷氨酸的稳定突触释放。光关闭这个阳离子电导(“光敏”电导，由cgmp门控通道组成)以停止暗电流并产生膜超极化作为响应。这种超极化减少或终止暗谷氨酸的释放。视网膜上的其他神经元对信号进行进一步处理，然后再传送到大脑的更高中枢。
3.我们能看到一个光子吗?
在一次具有里程碑意义的实验中，Hecht、Schlaer和Pirenne首次成功确定了产生视觉效果所需的最小光子数量(Hecht et al.， 1942)。受试者被允许在黑暗中呆30分钟，以获得最佳的视觉灵敏度。刺激被放在焦点左侧20度处，这样光线就会落在视网膜视杆细胞浓度最高的区域。刺激是一个直径为10分钟(1分钟=1/60度)的红光圆。被试被问及他们是否看到了一道闪光。光线的强度逐渐降低，直到受试者只能猜测答案。研究发现，要产生视觉体验，需要54到148个光子。在对角膜反射(4%)、眼介质吸收(50%)和通过视网膜的光子(80%)进行校正后，实际上只有5到14个光子被视网膜杆吸收。相对于大量的光子棒(500个)，光子的数量很少，这使得任何一个光子棒都不太可能占用超过一个光子。因此，一个光子必须被视网膜上的5到14个视杆吸收才能产生视觉效果。
在同一份出版物中(Hecht et al.， 1942)， Hecht和同事们通过著名的“见频曲线”实验确定了人类视觉的视觉阈值。理论是光子吸收根据泊松概率分布而变化。如果a是每次闪光吸收的平均光子数，则任意一个数字n被吸收的概率为n/ (e一个n !)。图5A显示了其中的一些珀格森积分曲线(n从1到9)。通过实验测量看到的频率和亮度的对数，我们可以用图4A中的一个概率分布来拟合实验曲线，以揭示n的值，它位于5到8之间(图4B)。这与棒吸收的5到14个光子的值完全一致!
4.小鼠感光器的发育
杆状体和锥状体不断更新它们的外部节段(Young, 1967;Young和Droz, 1968)。外节基部新形成的盘逐渐取代先前合成的盘向顶端移动(见光感受器章节)。到达外节顶端的椎间盘每天被邻近的视网膜色素上皮(RPE)脱落并吞噬(Young and Bok, 1969)。盘的形成和处理的速度大致相等，因此在成人视网膜中保持恒定的外节长度。
小鼠的杆状外节(ROS)在发育过程中直径变化不大，但从出生后的第11天到第17天，它以快速和几乎线性的速度拉长，在第19-25天达到成年长度(LaVail, 1973)。ROS长度的增加与从P8到P23的视紫红质含量几乎呈线性上升平行(Caravaggio and Bonting, 1963)。在P13-P17的生长高峰时期，每天合成约120个眼盘，而成人视网膜每天合成75个眼盘(LaVail, 1973;年轻,1967)。
在第P12(新生儿睁眼前后)和第P45(成人)之间，发育中的小鼠杆状细胞中记录的暗电流与小鼠ROS长度大致成正比增加(Luo and Yau, 2005)。在发育过程中，暗闪反应的动力学变化很小，而视杆的闪光灵敏度增加了约1.5倍，反映了新生视杆中存在少量(~1%)的游离视蛋白(即无发色团)，即使在一夜的暗适应后。少量视蛋白的构成活性轻度触发适应机制，因此导致细胞敏感性的轻微降低(见后文)。在大鼠中也发现了类似的小的、年龄依赖性的杆状细胞敏感性增加。此前，据报道，从新生儿到成年的大鼠，棒的敏感性增加了50倍(Ratto et al.， 1991)，但现在看来，这似乎是不正确的。
5.脊椎动物棒是高效的光子探测器
Hecht, Schlaer和Pirenne在1942年进行的精神物理实验表明，人类视网膜杆可以检测单个光子(Hecht et al.， 1942)(图4)。37年后，Baylor, Lamb和Yau从孤立的蟾蜍杆中吸取吸管的记录证实了脊椎动物视网膜杆的这种非凡能力(图5)(Baylor et al.， 1979a, b)。脊椎动物视网膜杆检测单个光子的惊人能力至少可以归因于三个因素:光激活量子效率高，本征噪声低，信号放大级联强大。另外两个因素大大提高了脊椎动物杆状体的光子捕获能力，杆状体相对于锥状体的数量优势和高度专业化的外节结构。棒子外段密集的圆盘堆确保了几乎每一个沿轴向运动的光子都会被捕获。在某种意义上，脊椎动物的杆可以被看作是复杂的三维光子捕获装置。
6.杆状细胞的光转导:g蛋白信号通路
杆状光转导是G蛋白信号通路中最具特征的一种(图6 - 8)。受体为视紫红质(R)， G蛋白为转导蛋白(G)，效应器为cGMP磷酸二酯酶(PDE或PDE6)。在光子吸收后，视紫红质分子变得具有酶活性(R*)，并催化G蛋白转导到G*的激活。反过来，转导蛋白激活效应磷酸二酯酶(PDE)到PDE*。PDE*水解扩散信使cGMP。细胞质游离cGMP浓度的降低导致质膜上cGMP门控通道的关闭。通道的关闭导致进入外节段的阳离子的局部减少，从而导致膜超极化，即细胞内电压变得更负(图6和8)。这种超极化减少或终止突触末端的暗谷氨酸释放。视网膜上的其他神经元对信号进行进一步处理，然后再传送到大脑的更高中枢。这个光转导级联如图6和图7所示。
光激活后，感光细胞的及时恢复是必不可少的，这样它就可以对随后吸收的光子做出反应，并在光照下发出快速变化的信号(见图8)。从光中恢复需要每个被激活的成分:R*、G*和PDE*的有效失活，以及视紫红质(R)的有效再生和cGMP浓度的快速恢复。激活步骤的终止率决定了光响应的时间过程。
虽然杆状光转导是最典型的感觉转导途径，但杆状光转导与其他感觉细胞的不同之处在于，光导致超极化而不是去极化。光棒对光的响应具有渐变超偏振，其振幅随闪光强度的变化而单调增加，直至饱和。杆状光转导的一个特点是其单光子响应在振幅和动力学上的再现性。考虑到单分子产生的事件本质上是随机的这一事实，这是相当了不起的。其内在机制的研究一直是视觉领域的热点。最近的研究指出了两种可能的机制:视紫红质失活在多个关闭步骤中取平均值，因此综合R*活性的变化比单步骤控制的小。2.对多个G蛋白分子的失活进行平均对反应衰减的稳定性很重要。
杆光转导激活阶段的细节现在已经很好地建立起来。实现了一种定量描述，再现了在生理条件下杆响应的激活动力学(Arshavsky等人，2002;羊肉,1996;兰姆和普，1992年;普和兰姆，1993年)。下面我们将讨论介导小鼠视杆细胞激活阶段的主要蛋白质——视觉色素、转导素、效应器PDE和cgmp门控通道。研究的重点将是结合老鼠遗传学和生理学的方法进行研究。
7.小鼠视杆和视锥色素
小鼠具有单杆色素、视紫红质和两锥体色素:S-和M-锥体色素，分别在360 nm和508 nm处具有最大的光谱灵敏度。小鼠的不寻常之处是，单个视锥细胞同时表达S锥和m锥色素，m色素水平从视网膜背侧到腹侧呈梯度下降(Applebury等，2000)。
小鼠视紫红质和锥体色素属于g蛋白偶联受体(GPCRs)的超级家族。2000年，Palczewski等人测定了牛视紫红质的高分辨率(2.8 Å)三维基态结构(图9b) (Palczewski等人，2000;Stenkamp等人，2002)。锥体色素的结构比视紫红质更不稳定，这是未来的挑战。
大多数脊椎动物(包括哺乳动物)的视觉色素使用11-顺式视网膜(标记为A1)，而许多水基动物的视觉色素使用11-顺式3,4-脱氢视网膜(标记为A2)作为天然配体(Bridges, 1972;Dartnall和Lythgoe, 1965;瓦尔德,1939)。George Wald第一次在视网膜中发现了维生素A (Wald, 1935)，随后展示了它如何与光一起工作，形成了视觉的分子基础(1967年诺贝尔奖)。发色团通过席夫碱键与第七跨膜螺旋中的保守赖氨酸残基(哺乳动物视紫红质中的K296)共价结合(图9和9b)。在黑暗中，11-顺式视网膜作为逆激动剂，通过阻止自由视蛋白激活转导级联，将视紫红质锁定在不活跃状态。11-顺式视网膜的“锁定”作用在rpe65缺失小鼠中得到了清楚的证明。RPE65在RPE视觉循环中作为一种异构酶，对杆状和锥状色素的再生很重要。Rpe65-/-视网膜几乎没有11-顺式视网膜(Redmond et al.， 1998)。由于大量的游离杆视蛋白不断激活光转导，杆状光感受器退化缓慢。通过删除α-亚基可阻止下游级联的激活，从而防止这种退化(Woodruff et al.， 2003)。在另一项实验中，K296突变为谷氨酸，产生一种没有发色团结合位点的视蛋白(Li et al.， 1995)。尽管K296E视蛋白在体外可激活转导，但由于视蛋白激酶磷酸化后与抑制素结合，突变视蛋白在体内的本构活性被关闭(见R*终止)。
即使11-顺式视网膜附着，视紫红质偶尔也会在黑暗中自发(热)激活，产生与光子触发的反应相同的反应(Baylor et al.， 1980)。视觉色素分子的自发激活设置了视觉灵敏度的最终限制(Aho et al.， 1988;Autrum 1943。巴洛,1956;唐纳,1992)。在蟾蜍杆中，视紫红质的热激活速率在22 (C时为0.031 s-1rod-1，对应于一个给定的视紫红质分子自发激活发生的平均等待时间为2000年，基于总数为2×109每个细胞的视紫红质分子(Yau et al.， 1979)。这种巨大的稳定性使光棒有可能将许多视紫红质分子包装到光棒盘上，以增加其光子捕获能力，同时保持低暗噪声。在野生型小鼠棒中，由于单光子响应的振幅相对较小，因此很难测量由视紫红质热激活产生的离散噪声。然而，测量是通过gcap实现的-/-棒(Burns et al.， 2002)，其单光子响应是野生型的近5倍，因为消除了Ca2 +-介导的鸟苷环化酶负反馈(见后文)。速率为~0.012 s－1杆－1在36℃。
应该提到的是，从心理物理学和系统神经科学的角度来看，视觉中的暗噪声问题有着悠久的知识历史。早在20世纪40年代和50年代，赫克特和巴洛就根据心理物理实验估算了人类神经棒中“暗光”的数量(巴洛，1957;赫克特等人，1942年)。30多年后，贝勒及其同事在灵长类动物的杆状细胞上使用吸液吸管记录技术证明了来自视紫红质的极低量子噪声，对应于~ 0.01个事件－1杆－1在黑暗中(贝勒等人，1984;Schneeweis和Schnapf, 2000)，确实符合人类心理物理scotopic阈值。从单杆测量的量子噪声与在人类精神物理学中测量的量子噪声之间的定量一致被认为是视觉领域的突破，是细胞生理学和人类精神物理学/系统神经科学之间的奇妙融合——这毕竟是现代神经科学的目标!
红锥色素比视紫红质更容易发生自发异构化(Kefalov et al.， 2003;Rieke and Baylor, 2000)，但很难测量来自本地球果的速率(Kefalov et al.， 2003)。通过在GCAPs中转基因表达人红锥色素-/-在~10 s时，人体红锥体色素的生成率低得惊人－1锥－1(分子速率常数~1.35 × 107证券交易委员会－1) (Fu et al.， 2008)，比先前在灵长类视锥细胞中报道的整体暗转导噪声低近1000倍(Schnapf et al.， 1990;Schneeweis和Schnapf, 1999)。因此，灵长类红锥体中绝大多数的暗噪声不是来自色素的自发异构化，而最有可能是来自下游光转导步骤的本构活性，如磷酸二酯酶(Holcman和Korenbrot, 2005)。
A2人红锥色素热异构化的分子速率常数为~5.6 × 106证券交易委员会－1通过在非洲爪蟾棒中表达人类红锥色素(Kefalov et al.， 2003)。由于哺乳动物使用A1发色团，A1红锥色素自发异构化的可能性可能比A2形式低40倍(Fu et al.， 2008)。这可能是由于A2发色团在β-ionone环上有一个额外的双键，这被认为可以降低异构化的能垒(Bridges, 1967)。因此，这引入了吸收的红移(Donner等，1990)，并降低了A2颜料的热稳定性。顺便说一句，A1视紫红质被发现比A2视紫红质稳定30倍，这与红锥色素的发现非常相似(Ala-Laurila et al.， 2007)。更重要的是，与蝾螈等低等脊椎动物不同的是，即使在黑暗中，A2红色锥体色素的噪声也足以对锥体施加潜在的适应影响(Kefalov et al.， 2003;Kefalov等，2005;Rieke和Baylor, 2000)， A1灵长类动物和其他哺乳动物的红锥色素(以及绿色和蓝色锥色素)应该足够安静，几乎不会对锥体敏感性产生任何适应影响。换句话说，与哺乳动物视杆细胞相比，哺乳动物视锥细胞的绝对灵敏度要低得多，这似乎不是来自色素本身的量子噪声，而是来自其他光转导步骤(Miller et al.， 1994;Nakatani和Yau, 1989; Tachibanaki et al., 2007). This may explain why primate red, green and blue cones, unlike their amphibian counterparts (Ma et al., 2001; Perry and McNaughton, 1991), all have similar sensitivities irrespective of their difference in visual pigments (Schnapf et al., 1990).
11-顺式视网膜的光子吸收触发类视黄酮的顺式-反式异构化(Hubbard and Wald, 1952;瓦尔德,1951)。早在20世纪30 - 50年代，视觉科学家就知道，视紫红质在中间产物上的漂白是分阶段的，在室温下是短暂的，但在低温下是稳定的(Lythgoe和Quilliam, 1938;瓦尔德,1938;Wald等人，1950)(图10)。Hubbard和Kropf在-17℃下用分光光度法测定了“漂白中间体(光视紫红质和后视紫红质的混合物)”(Hubbard and Kropf, 1958)。光异构化使配体迅速从强效逆激动剂转变为强效激动剂，导致在几毫秒内形成一系列光谱上不同的视紫红质的中间产物，顺序依次为:紫红质、发光紫红质、后视紫红质I (Meta I)和后视紫红质II (Meta II)(见Okada和Palczewski, 2001)(图10)。Meta II是活性形式的视紫红质(R*)，它依次衰变为不活跃的Meta III。锥体色素的Meta-II状态的衰减速度是视紫红质的50倍(Imai et al.， 1997;Kuwayama等，2005; Shichida et al., 1994). Despite this difference, rhodopsin and transgenic red cone cone pigment, and vice versa, signal identically downstream when compared side-by-side in the same Xenopus rod or cone (Kefalov et al., 2003). The same was found for rhodopsin and transgenic red cone pigment in mouse rod (Fu et al., 2008). Thus, not only do rod and cone pigments interact with a given transducin, pigment kinase and arrestin in quantitatively identical ways, but the shutoff mediated by pigment kinase and arrestin also precedes the Meta-II decay of rod and cone pigments, rendering the decay of Meta II non-rate-limiting under normal conditions (see R* termination).
在溶液中或与视蛋白结合时，视网膜在紫外线范围内(最大~380 nm)吸收最大。当席夫碱(SB)质子化时，吸收转移到可见区。和其他脊椎动物色素一样，小鼠视紫红质和m锥色素也是质子化的。另一方面，老鼠的s锥色素是未着色的，这解释了它在紫外线区被吸收的原因(Vought et al.， 1999)。在视紫红质和m锥色素中，带正电的席夫碱由反离子E113(残留数根据小鼠视紫红质而定)稳定(nathan, 1990;Palczewski等人，2000年;Sakmar等人，1989年;茹科夫斯基和奥普里安，1989)。视紫红质激活涉及“反离子开关”机制，在Meta i形成过程中，位于细胞外环II的E181通过氢键网络将质子转移到初级反离子E113。因此，E181取代E113作为反离子，使质子化的席夫碱在最终去质子化之前的过渡阶段稳定下来(Yan et al.， 2003)(图11)。
因为小鼠s锥色素没有质子化，而附近的E113是中性的，有趣的问题是:光激活过程中是否发生了质子化事件，它是否涉及“反离子开关”机制?值得注意的是，在11-顺式异构化之后，席夫碱从E108中获得了一个处于Lumi态的质子，并瞬间质子化(Dukkipati等人，2002年)，在Lumi到Meta I的转变过程中，从E108(视紫红质的E113)到E176(视紫红质的E181)发生了反离子开关，这与视紫红质的转变非常相似(Kusnetzow等人，2004年)(图12)。s锥色素的光激活机制SB→PSB(质子化席夫碱)(+):E108(-)→PSB(+):E176(-)→SB，使其在紫外区成为可能。因此，反离子开关似乎是激活所有视觉色素的一般机制。
R*的衰变最终导致全视网膜脱离蛋白质。在被再次用于视觉色素的再生之前，全反式发色团在邻近的RPE中通过称为视觉循环的级联酶反应被转换回11-顺式视网膜(例如，参见review McBee et al.， 2001)。
视觉色素是视杆细胞和视锥细胞的主要结构成分。小鼠视紫红质的基因缺失导致细胞没有适当的外节段形成，这并不奇怪(Humphries等人，1997;Lem等人，1999)。正常视紫红质的一半足够维持健康的ROS吗?在ρ+/-小鼠的视紫红质虽然只有正常水平的一半，但视紫红质仍然正常形成。然而，会发生渐进式的轻微变性。有趣的是，光响应的激活率+/-棒状细胞是正常细胞的两倍(Calvert et al.， 2001)。对这一观察结果的最初解释是，较低的视紫红质浓度减少了在盘膜上的蛋白质拥挤，从而增加了视紫红质的扩散系数和与转导素的相遇率。因此，这一发现指出，光激发的视紫红质对转导蛋白的扩散相遇是激活杆状光反应的限速步骤。然而，Liang等人随后报道了rho+/-小鼠并不完全正常，因为视紫红质既存在于小的木筏状结构中，也存在于大的、有组织的副晶体中(Liang et al.， 2004)。此外，在这些细胞中，ROS体积、视紫红质含量和11-顺式视网膜水平减少了大约40%。这些作者认为，观察到的加速光转导在rho+/-视紫红质密度的降低并不是影响细胞结构的主要原因，而是影响整个ROS结构的变化。
8.光活化量子效率高
光激活的量子效率衡量的是光子的吸附引发光激活的概率。这个概率被定义为光激活分子的数量与吸收光子的分子数量之比。在可见光光谱中，视觉色素的量子效率在0.7左右与波长无关，而在波长小于300 nm时，量子效率下降到0.25左右(Kropf, 1982)。这表明，在可见范围内，每一个被吸收的光子都能同样好地激活视紫红质。0.7的量子效率在所有视觉颜料中都非常相似。这种高效率似乎是大多数脊椎动物视觉色素的共同特征。
9.激活转导蛋白是扩增的第一步
光激活色素结合转导异质三聚体，催化GTP在α-亚基上转化为GDP。Gα- gtp (G*)与R*及其天然伙伴Gβν分离，并与cGMP磷酸二酯酶(PDE)相互作用，将信号传递。释放的R*可以自由激活额外的转导分子。由R*激活的转导是光转导级联中的第一个放大步骤。
据估计，单个R*激活转导的速率从10到3000多秒不等－1在室温下(参见Pugh和Lamb, 1993)。最近的速率为~ 120秒－1被报道与生化、光散射和电生理测量更一致(Leskov等人，2000年，但参见Heck和Hofmann, 2001年)。由于体温的不同，在哺乳动物的细胞中，这个比率大约是原来的两倍。直到最近，人们认为在哺乳动物细胞中单个R*的生命周期中，有超过100种转导素被激活(例如Makino et al.， 2003)。基于较短的生存时间R* (80 msec)和240 s，这个数字现在修改为鼠标杆的~ 20－1R*的转导激活率(Krispel et al.， 2006)。
转导素的含量为色素的10%。杆状和锥状的转导素具有不同的异构体，即Gαt1Gβ1ν1在棒和Gαt2Gβ3.ν8锥细胞(Fung et al.， 1992;Lee等人，1992年;Lerea等，1986;Peng等人，1992)。ν亚基的c端是法酰基化的，α亚基的n端是酰化的(Fukada et al.， 1990;Kokame等人，1992;Neubert等人，1992)。这些脂质修饰有助于将全息转导蛋白固定在椎间盘膜上。g αt1缺失小鼠(gnat1)的基因靶向实验证实了转导素在从R*向PDE传递信号中的重要性-/-)被发现失去了所有的对光敏感度(Calvert et al.， 2000)。的gnat1-/-在许多研究中，小鼠系已被证明是阻断棒光导的有价值的工具(Fu et al.， 2005;哈特等人，2003年;Lyubarsky等，2002;Nikonov等，2006;Woodruff et al.， 2003)。它还被成功地用于描绘光诱导视网膜变性的两条凋亡通路(Hao et al.， 2002)。强光通过一种需要激活视紫红质但不需要转导信号的机制触发感光细胞凋亡。相反，低强度光诱导细胞凋亡，主要依赖转导信号。
大约20年前，杆状转导蛋白被发现进行光依赖的再分配(Brann和Cohen, 1987;惠兰和麦金尼斯，1988)。在过去的几年里，利用小鼠(或大鼠)模型进行研究取得了很大的进展。Gαt2和Gβ1ν1亚基主要存在于黑暗的ROS中，但在明亮的光下转移到内段和内核层，时间过程略有不同(Kassai et al.， 2005;Sokolov et al.， 2002)。有人认为这一现象有助于视杆细胞对光线的适应(Sokolov等人，2002年)，但也有人认为转导易位的主要功能是在视杆细胞对视力的贡献不大时，为视杆细胞在强光下提供保护(Elias等人，2004年)。相反，Gαt2在生理条件下在光下不会从锥体外段(COS)转移(Coleman and Semple-Rowland, 2005;Elias等人，2004;Kennedy et al.， 2004)，只在非常高强度的光下从锥外段转移(Chen et al.， 2007)。这可能与视锥细胞需要在强光下发挥作用是一致的(Elias et al.， 2004)。
Gν1在棒和革罗托8在球果中有一个法尼基化的15个碳链，但所有其他的格氨酸亚基都是香叶酰香叶基化的20个碳链。这种差异的意义是什么?敲入表达香叶基香叶基化而不是法尼基香叶基化的香叶氨酸的小鼠1由于香叶基-香叶基化作用增强的附着减弱了香叶基的光依赖性易位，因此香叶基的光适应性受损1从ROS到内部区域(Kassai et al.， 2005)。因此，选择性法尼基化通过提供充分而非过度的Gβ锚定，对视觉敏感性的调节很重要1ν1膜。
10.PDE的高催化能力决定了第二步的扩增
PDE是脊椎动物光转导的第三个组成部分。它是一种四聚体蛋白，由两个活性相同的催化亚基，α和β和两个相同的ν亚基组成(Baehr等，1979;迪特尔等人，1988;Hurley和Stryer, 1982)。PDE通过两个催化亚基的c端异戊烯酰化固定在盘膜上(Anant et al.， 1992;Qin and Baehr, 1994)。PDE的密度为~1-2%的视紫红质。因此，光转导的前三个成分以100R:10G:1PDE的比例存在。
在黑暗中，两个ν亚基通过与两个催化亚基结合，起到抑制亚基的作用。由此可见，Gα-GTP与PDEν相遇并位位取代后者(仍然与PDEαβ相关)，因此解除了其对催化亚基的抑制作用，允许cGMP水解继续进行。
与R*激活转导过程中获得的扩增相比，G*激活PDE不构成增益，即其效率最多接近单位。正是PDE*的催化能力提供了第二步扩增。据报道，PDE*水解cGMP的速率接近水扩散设定的极限，Km为~ 10 μM, Kcat为2200 s－1(Baehr等，1979;Leskov等人，2000年)。视紫红质与PDE的联合扩增率非常高(~ 105－106)，确保了棒的高灵敏度，包括棒探测单个光子的能力(评论见Pugh和Lamb, 1993;普和兰姆，2000年)。
人们可能会认为，从小鼠杆上删除PDEν将释放PDEαβ的全部催化能力。然而，Tsang等人发现，在PDEν缺失的情况下，PDEαβ二聚体实际上缺乏水解活性，突变小鼠的光感受器迅速退化(Tsang et al.， 1996)。因此，抑制性PDEν亚基对催化PDEαβ亚基的完整性似乎是必要的。这种变性可能是由于缺乏水解而导致的异常高的cGMP浓度引起的。一个相关的例子是rd小鼠，它是视网膜退化最著名的模型之一。rd小鼠的杆状细胞在P8左右开始退化，锥状细胞次之;4周后，几乎没有光感受器(Carter-Dawson et al.， 1978;LaVail和Sidman, 1974)。在该小鼠模型的退变之前，视网膜中cGMP的积累与β亚基突变导致的杆型PDE活性不足有关(Bowes等，1990;Pittler和Baehr, 1991)。 It is worth noting that the rd mouse was instrumental in suggesting that inner retinal neurons could mediate non-image-forming vision (Freedman et al., 1999; Lucas et al., 1999).
除了抑制功能外，PDEν还能加速G*的GAP (GTPase activation Protein)活性，以实现自我关闭(见G*-PDE* terminate)。小鼠杆状细胞携带PDEν的W70A点突变，损害Gαt1与野生型相比，-PDEν相互作用显著降低了对光的敏感性，从闪光反应中恢复的速度也较慢(Tsang等，1998)。
11.cGMP是介导杆光转导的第二信使
到1970年，科学家们根据几行证据普遍认为，需要第二个信使来调节杆状光响应。首先，光吸收发生在棒片膜上，而光敏电导发生在质膜上。由于杆状盘与质膜分离，需要第二个信使将两者连接起来。第二，电导杆的闪光响应持续数秒，时间过长，无法用已知膜电导的开启时间来计算。然而，花了十多年的时间才最终确定第二个信使的身份是cGMP(见Luo et al.， 2008)。这场“激烈”的战斗是在两个竞争的候选人之间“打”起来的2 +和环鸟苷酸。根据Ca2 +细胞内游离钙浓度的变化与细胞内游离钙浓度的变化有关，该假说最初由哈金斯提出2 +在黑暗中较低，在光明中升高，以阻挡光敏电流。主要证据是降低体外Ca的浓度2 +显著增加暗电流，暗示内部Ca2 +抑制暗电流。另一方面，cGMP假说提出，在黑暗中cGMP浓度较高，以维持cGMP依赖的电导。光导致了cGMP的水解和随后的电导关闭。支持的证据是细胞内注射cGMP增加了光反应的振幅和潜伏期。增加复杂性的是发现游离cGMP浓度与游离Ca成反比2 +浓度在杆状物中，使两者的作用难以分离。
1985年，Fesenko及其同事在棒中发现了cmpc门控通道，这一争论最终得到解决(Fesenko et al.， 1985)。通过膜片钳技术，他们发现cGMP在不需要ATP的情况下增加了外段质膜内外膜片的阳离子电导。cGMP的直接通道门控是令人惊讶的，因为当时一般认为环核苷酸通过环核苷酸依赖的激酶和蛋白磷酸化作用于目标蛋白。这一教条部分解释了科学家不愿接受cGMP假说的原因，因为蛋白质磷酸化太慢了。Yau和Nakatani在同年出版了另一部里程碑式的著作，帮助cGMP成为合适的候选标准(Yau and Nakatani, 1985)。同一cgmp门控阳离子电导被发现在截断棒的外段与完整的质膜。最重要的是，该电导可以被光抑制，这表明长期寻找的光敏电导是cgmp门控电导。费森科和丘德威的出版标志着这一时期的结束2 +假设。
12.cgmp门控通道提供了光激活的最后一步
cgmp门控通道属于环核苷酸门控(CNG)通道家族，是一种非选择性阳离子通道(Kaupp and Seifert, 2002;Molday和Kaupp, 2000)。该通道位于质膜上，是光转导激活阶段的最后一个组成部分。在黑暗中，1到数个基础浓度(M cGMP使一小部分CNG通道打开(Yau, 1994)。光照下cGMP浓度的下降导致通道以亚毫秒级的延迟快速关闭(Karpen等，1988)。cGMP对棒通道的门控与Hill系数~ 3的配合;因此，光触发对暗电流的抑制是细胞内cGMP浓度下降的3倍。
在很长一段时间内，棒通道被认为是由2个CNGA1和2个CNGB1亚基组成的异四聚体。2002年，许多实验室惊人地发现，棒通道实际上具有3CNGA1:1CNGB1亚基组成(Weitz et al.， 2002;郑等，2002;Zhong et al.， 2002)，而锥通道应该表现出2CNGA3: 2CNGB3的化学计量(Peng et al.， 2004)。CNGA1和CNGA3亚基异质表达时，可自行形成功能同源通道。尽管CNGB1和CNGB3自身不形成功能性通道，但当它们与A亚基共同表达时，它们赋予了原生通道的几个典型特性:闪烁打开行为，对l-顺式地尔硫锌(一种CNG通道特异性抑制剂)的敏感性增加，细胞外钙的阻断更弱(Biel等人，1999b;芬恩等人，1996;考普和塞弗特，2002年;Matulef和Zagotta, 2003)。
在人类中，CNGA1突变导致视网膜色素变性(Dryja et al.， 1995)，而CNGA3 (Kohl et al.， 1998)和CNGB3 (Kohl et al.， 2000)突变导致色盲。带有CNGB1 (Huttl等，2005)和CNGA3 (Biel等，1999a)零突变的小鼠模型是可用的。研究发现CNGB1对棒内原生CNG通道的靶向作用至关重要。因此，在cngb1缺失小鼠的ROS中只发现了微量的CNGA1亚基，大多数杆状光感受器对光没有反应(Huttl et al.， 2005)。cnga3缺陷小鼠选择性地失去了锥光反应，但棒通路完好。类似于杆状转导的情况，cnga3缺失的小鼠在研究本质光敏性视网膜神经节细胞时被用于阻断锥光转导(Fu et al.， 2005;Hattar等人，2003)。
黑暗条件下，游离cGMP在棒外段的浓度估计为数μM，低于K1/2(根据Ca的不同~ 10 ~ 40 μM)2 +浓度)，半最大程度激活通道所需的cGMP浓度。结果，只有大约1%的CNG通道是打开的!也就是说，99%的通道已经在黑暗中关闭，光只能压制剩下的1%的通道。这就解释了为什么注射cGMP诱导的电流比暗电流大10倍以上。
通过cgmp门控通道的内向电流由~85%的钠组成+因为钠+是主要的外部阳离子，通道对单价阳离子无选择性。剩余电流主要由钙输送2 +Mg的贡献很小2 +(陈等，2003a;瑶族,1994)。细胞外钙2 +实际上，在生理条件下，部分阻断通道以减少其电导。向内的电流被流经内节膜的向外电流所平衡，该电流主要由钾离子携带。这种“循环电流”在杆状体和锥状体中也被称为“暗电流”(Hagins等，1970)。与其他配体门控通道不同，CNG通道对cGMP不脱敏，这对于脊椎动物棒保持20 - 70 pA的稳定暗电流非常重要。电棒光响应本质上是对循环电流的一种瞬时抑制。据估计，暗电流有大约1万个通道。大量“微观”通道的参与将通道噪声平均掉，也就是说，如果暗电流是由少数“宏观”通道进行的，则降低了原本巨大的随机通道噪声。这一特性提高了电棒的灵敏度。
两种挤压机制对维持棒内离子平衡至关重要。内段的能量依赖的Na- k atp酶泵出Na+出和K+进入细胞。外段质膜中的Na/Ca,K交换器(NCKX)挤压出一个Ca2 +和一个K+向外换取四娜+向内产生一个正电荷的净进入。研究发现，交换器和CNG通道在质膜上形成稳定的络合物，可能是控制两者之间的化学计量关系的一种方式，这对钙的调节至关重要2 +浓度在棒外段。在光响应过程中，钙离子的流入2 +由于部分CNG通道的关闭，Ca2 +通过换热器进行维护。由此产生的Ca2 +衰退触发负反馈产生光适应。
13.Phototransduction终止
光激活后，感光细胞的及时恢复是至关重要的，这样它才能对随后吸收的光子作出反应，并在照明中发出快速变化的信号。从光中恢复需要有效地灭活每一个被激活的成分:R*， G*和PDE*，以及快速恢复cGMP浓度。激活步骤的终止率决定了光响应的时间过程。
在过去的十年中，从基因工程小鼠系中获得的知识在理解杆状光响应终止方面取得了重大进展。在接下来的章节中，我们将分别讨论导致R*， G*和PDE*失活的事件，然后是cGMP的恢复。
14.R *终止
激活的视紫红质(R*)通过两步过程灭活。首先，R*被视紫红质激酶(GRK1)磷酸化，降低了R*的活性。其次，Arr1蛋白与磷酸化的R*结合，限制其剩余活性(Kuhn and Wilden, 1987;Wilden等人，1986)。
在视紫红质的c端有多个丝氨酸/苏氨酸残基(在小鼠中有6个，在人类中有7个)为GRK1提供磷酸化位点。锥色素在c端具有比视紫红质更多的潜在磷酸化位点。例如，人类的红锥色素有10个这样的位点。尽管最初的生化实验表明，光暴露后，视紫红质主要只在一个丝氨酸残基处被磷酸化(Ohguro等，1995年)，但从携带磷酸化位点突变的转基因小鼠棒中获得的后续记录表明，R*的可重复失活需要至少三个磷酸化事件(Mendez等，2000年)。此外，所有六个位点都需要磷酸化，以使反应正常下降。
多重磷酸化事件也被认为是单光子反应杆的可重复性的基础(Gibson等人，2000;哈默等人，2003;Mendez et al.， 2000)。尽管单分子产生的事件本质上是随机的，但棒的单光子响应在振幅和形状上表现出显著的再现性(Baylor et al.， 1979b;Rieke和Baylor, 1998;惠特洛克和兰姆，1999)。通过对多个关断步骤进行平均，综合R*活性的变化比单步骤控制的变化小。使用携带磷酸化位点突变的转基因小鼠棒进行的实验支持了这一假设(Doan et al.， 2006)。作者表明，单光子响应的再现性随磷酸化位点的数量而变化，但与磷酸化位点的身份无关。每个磷酸化位点在视紫红质失活过程中提供了一个独立的步骤，这些步骤共同控制着R*的寿命。
关于锥体色素中磷酸化位点的作用还知之甚少。Kefalov等人做了唯一的活体实验(Kefalov等人，2003年)，结果显示，表达人类红锥色素的转基因蛙杆，所有10个假定的磷酸化位点都发生了突变，产生了长时间的反应。这表明激活的锥色素是通过类似的两步关闭机制淬灭的，尽管它的活性寿命比视紫红质短得多。
图13。在快(a)和慢(b)时间尺度上R*末端缺陷的敲除小鼠棒的单光子响应形式。闪光在t = 0时发出。由玛丽·e·伯恩斯提供
除了所有c端丝氨酸和苏氨酸残基突变为丙氨酸(Mendez et al.， 2000)，还可以通过删除色素的c端区域(Chen et al.， 1995b)或烧除GRK1 (Chen et al.， 1999)来防止视紫红质磷酸化。正如预期的那样，三种转基因小鼠的棒状细胞表现出相似的单光子响应特性，振幅达到平台约为野生型的两倍，并在3 - 5秒的长时间间隔后随机衰减到基线。闪光后约100毫秒，grk1介导的磷酸化开始降低R*的活性，因为这是转基因反应开始偏离WT反应的时间点(图13)。如前所述，在最近的一项研究中估计，R*的寿命约为80 msec (Krispel et al.， 2006)，这表明在色素磷酸化后，抑制素结合迅速发生。因此，GRK1/arrestin介导的细胞关闭发生的时间甚至早于锥体色素的快速元ii衰变(Kefalov et al.， 2003)，在闪光后1 s左右(Imai et al.， 1997;Kuwayama等，2002;Shichida et al.， 1994)。在视锥细胞中，grk1介导的关闭可能发生得更快(见下文)。
小鼠和大鼠的不同之处在于，同样的GRK1存在于杆状细胞和锥状细胞中。在所有其他被研究的物种中，另一种色素激酶(所谓的“锥色素激酶”)GRK7存在于锥光受体中(Rinner et al.， 2005;立banaki等人，2005;立banaki等，2001;Weiss et al.， 2001)。事实上，许多动物物种，包括人类，在视锥细胞中都有GRK1和GRK7。这就解释了为什么GRK1基因缺陷的Oguchi患者白天视力正常，而GRK1基因缺失的小鼠则有较长时间的视锥光反应(Lyubarsky等，2000;Nikonov等人，2005)。有趣的是，研究表明GRK7比GRK1有更高的比活性，并且在鱼类中，GRK7在球果中的浓度比GRK1在鱼竿中的浓度高得多(Tachibanaki et al.， 2005;Wada et al.， 2006)。 This difference has been proposed as a potential mechanism underlying the faster shutoff and lower sensitivity of cones than rods (reviewed in Tachibanaki et al., 2006).
生化实验表明grk1介导的R*磷酸化受recoverin (Rec)调控(Chen et al.， 1995a;河村建夫,1992年,1993年;Klenchin et al.， 1995)，属于钙结合蛋白家族。假设细胞内游离Ca2 +在黑暗中浓度很高，recc - ca2 +与GRK1结合并抑制R*磷酸化。当Ca2 +浓度在光下下降，Ca2 +recoverin分离;因此，由此产生的recoverin与GRK1的亲和力降低，其对R*磷酸化的抑制作用被释放。然而，这一假设受到了体外测量的挑战，表明R*磷酸化的程度不受光适应和细胞内钙的变化的影响2 +[130]。这一争议最终被Rec的录音解决-/-(Makino et al.， 2004)，结果显示reco - ca2 +延长了暗光适应的闪光反应，并增加了棒对昏暗的稳定光的敏感性，可能是通过抑制GRK1对R*的磷酸化。此外,娱乐-/-杆状细胞有更快的钙2 +表明回收蛋白是一个显著的Ca2 +ROS中的缓冲区。
在R*失活的第二步中，arrestin与磷酸化的R* (R*-P)结合，限制其催化活性。在小鼠中，抑制素敲除棒(Arr-/-)小鼠与野生型反应没有太大差异，直到其下降阶段，恢复大约达到基线的一半(Xu et al.， 1997)。因此，单独磷酸化可以显著降低R*的活性。r的响应-/-棒平均缓慢复苏~ 10倍棒的反应缺乏视紫红质磷酸化(图13),大概反映了磷酸化的连续活动meta-II R *,直到它衰变不活跃的状态元三世。在缺乏GRK1和阻滞素(GRK1-/-加勒比海盗-/-)，暗闪响应的激活相位和峰值振幅与GRK1相似-/-但随后会以类似于Arr的时间常数缓慢衰变-/-反应(Burns et al.， 2006)，反映了未磷酸化的R的衰变。因此，看来磷酸化并不影响R*的衰变。
至少有两种剪接变体存在于杆止动:全长(p48)和c端截断形式(p44) (Smith et al.， 1994)。P44在结合R*和R*-P方面比p48有更快的启动速度(Palczewski et al.， 1994;米勒等人，1997年)。此外，p44在体外关闭R*方面比p48更有效(Langlois et al.， 1996;Palczewski, 1994)。尽管p48的含量是p44的10倍左右，但它在黑暗中会从ROS转移到细胞的其他部分，因此在适应黑暗的ROS中基本不存在(Broekhuyse et al.， 1985;Mangini和Pepperberg, 1988;Philp等人，1987;惠兰和麦金尼斯，1988)。这就提出了一个有趣的问题:在完整的棒状细胞中，不同的阻滞素异构体的作用。 By selectively expressing the two isoforms in mouse rods lacking endogenous arrestin, it was found that both isoforms could quench the activity of phosphorylated R* rapidly. However, only p48 was able to quench the activity of non-phosphorylated R* (Burns et al., 2006).
视锥细胞表达自身的阻滞，称为视锥阻滞素或x -阻滞素(Arr4) (Craft and Whitmore, 1995;村上等人，1993)。令人惊讶的是，棒状和锥状的阻滞素都存在于小鼠的锥状细胞中(Zhu et al.， 2005)。球果中的Arr1比ar4高约50倍(Nikonov et al.， 2008)。从一个或两个抑制素都被敲除的小鼠的锥细胞记录显示，正常的锥细胞失活需要抑制素，尽管去除一个抑制素的效果可以忽略不计(Nikonov et al.， 2008)。
15.G * pde *终止
早些时候，基因工程小鼠系被设计用来破坏R*终止。最近的研究集中在G*-PDE*终止上。G*在其结合GTP水解为GDP时失活。尽管转导素具有较慢的固有GTPase活性，但GAP复合体可大大加快水解过程。该复合物由g蛋白信号调节蛋白家族的一个成员(RGS9-1, He等人，1998)、Gβ5亚基的长形式(Gβ5- l, Makino等人，1999)和一个膜锚蛋白(R9AP, Hu和Wensel, 2002)组成。RGS9-1具有与Gβ5- l结合的G蛋白ν-like (GGL)结构域，并具有与R9AP相互作用的n端DEP (Dishevell/Eg110/Pleckstrin)结构域。水解后，Gα-GDP与PDEν分离，这使得后者对PDEαβ催化亚基重新发挥抑制作用(Makino等，2003)。这一步所涉及的分子反应如图14所示。
即使只有RGS9-1具有GAP活性，GAP复合体的所有三个成分都是强制性的伙伴，因为在小鼠中基因消融其中任何一个都会通过转录后机制导致其他两个的不稳定性增加(Chen et al.， 2000;陈等，2003b;Keresztes等人，2004)。这就是为什么缺乏RGS9-1、G_5-L或R9AP的转基因小鼠棒在闪光反应的恢复阶段表现出类似的延迟，而激活阶段没有太大的显著差异(Chen等人，2000;Keresztes等人，2004;Krispel等人，2003b)。此外，PDEν增强了转导素上的GAP活性(Angleson and Wensel, 1994;他等人，1998年;Skiba等人，2000年;曾等人，1998; see PDE section). This provides an elegant mechanism for ensuring that excitation does not normally decay until G* has bound to the effector, PDE. The same GAP complex is present in both rods and cones; however, its concentration is much higher in cones than in rods (Cowan et al., 1998; Zhang et al., 2003). This has been suggested to contribute to the faster response kinetics of cones than rods.
小鼠杆细胞中过表达的PDEν可加速光反应的关闭，而不依赖于GAP复合物，这表明在光照下内源性PDEν被G*取代后，PDE α和β上的抑制位点可被过量的PDEν所访问(Tsang等，2006)。过表达还通过干扰G*与内源性PDEν结合的“显性负效应”降低了转导的增益。
光转导的终止需要R*和G*-PDE*的关闭，较慢的步骤决定了响应恢复的总体速率。直到最近，抽油杆回收的限速步骤的确定一直是一个长期存在的问题(Krispel等人，2003a;Nikonov等，1998;Pepperberg等，1992;Rieke和Baylor, 1998;Sagoo和Lagnado, 1997)。Krispel等人通过在小鼠杆状细胞中过表达GAP复合体，发现杆状细胞反应的恢复显著加快，而过表达GRK1则没有效果(Krispel等人，2006)。这个实验明确地证明了G*-PDE*的终止是速率限制步骤。值得注意的是，在锥回收过程中，同样的步骤不一定是速率限制步骤，因为锥中GAP复合物的浓度要高得多。同样的“过度表达”技术可以用在视锥细胞上来回答这个问题。
上述发现的另一个含义与单光子响应的可重复性问题有关(见R* terminate)。因为G*失活比R*失活慢2.5倍(Krispel et al.， 2006)，较慢的G*终止决定了棒单光子响应的恢复动力学。除了关闭R*所涉及的多个步骤外，一个R*激活~20转导因子可以为一个随机过程提供必要的平均值。
16.恢复cGMP
cGMP的游离浓度由pde介导的水解和鸟苷酸晚环化酶(GC)介导的合成来确定。要使光感受器恢复，不仅需要终止PDE在光刺激下水解cGMP的过程，如前几节所述，而且还需要恢复cGMP的暗水平。在小鼠光感受器中有两种gc: GC1 (GC-E)和GC2 (GC-F)。GC1存在于杆状细胞和锥状细胞中(Cooper et al.， 1995;Liu et al.， 1994)， GC2只存在于棒中(Lowe et al.， 1995)。似乎GC1或GC2的基础活性足以维持电棒中的暗电流(Baehr等人，2007;Yang等人，1999)。删除这两种GC对棒的灵敏度没有显著影响。GC1对锥体功能很重要，因为缺少GC1锥体会退化。GC1和GC2的缺失使杆状和锥状光感受器失去功能和不稳定(Baehr等，2007)。
GC活性受Ca的调控2 +，由鸟苷酸后期环化酶激活蛋白(GCAPs)介导。这一调节是钙引发的最重要的负反馈机制2 +的光。对于其他Ca的主题2 +-反馈效应和光适应，读者可以参考以下出版物(Burns和Baylor, 2001;Fain等，2001;普和兰姆，2000年;瑶族,1994)。
gcap属于类钙调素钙的大家族2 +结合蛋白质。小鼠视网膜中存在两种gcap, GCAP1和GCAP2。两种gcap都在小鼠杆状细胞中表达，但GCAP1主要在锥体中表达(Cuenca et al.， 1998;Howes等人，1998)。在黑暗中，相对较高的Ca2+浓度促进钙的形成2 +-结合形式的GCAPs，它抑制GCs。当Ca2 +在光响应过程中，Ca2 +允许GCAP激活GC，从而快速恢复基础cGMP浓度(图15)。
图15。柱状体和锥状体中的GCs和gcap。ECD，细胞外结构域，KHD，激酶同源结构域，CAT，催化结构域。沃尔夫冈·贝尔提供
利用第17号染色体上两个GCAP基因的尾对尾排列，在小鼠体内同时敲除了这两个基因(Mendez et al.， 2001)。与野生型相比，GCAPs_/_棒的闪速反应表现出更大的振幅和延迟下降，这与在恢复过程中去除相关的Ca2+反馈时cGMP合成的延迟一致。Ca的力量2 +-介导的调控可以从GCAP的单光子响应来理解-/-是野生型的近5倍，而在色素磷酸化被阻止的情况下增加了2倍。通过比较GCAPs的光响应-/-Burns等人发现，GC的激活是由Ca的变化引起的2 +-依赖的GCAP活性在闪光后约40毫秒内以高度合作的方式发生，希尔系数为4 (Burns等，2002)。因此，该效应发生的时间比色素磷酸化要早得多，即在闪光后80-100毫秒(见R*终止)。对GC的快速反馈对感光器有双重影响，降低了暗适应闪光的灵敏度(Mendez等，2001年)和加速暗电流的恢复(Burns等，2002年)。
这两种gcap在功能上有什么区别?在体外，GCAP1激活GC1比GC2更有效(Haeseleer et al.， 1999;Krylov et al.， 1999)，而GCAP2以类似的效率激活GC1和GC2 (Dizhoor et al.， 1994;劳拉和赫尔利，1998年;Lowe等人，1995)。在体内，转基因GCAP1可以挽救GCAPs-/-杆状细胞和锥状细胞的表型，通过单杆状细胞记录和视网膜电成像测试，即使在没有GCAP2的情况下(Howes等人，2002;Pennesi等人，2003)。牛GCAP2在GCAPs中的表达-/-棒恢复了棒到饱和闪光的恢复，但未能恢复次饱和闪光引起的响应的恢复动力学，特别是未能挽救快速恢复的初始阶段(Mendez et al.， 2001)，这表明GCAP1负责响应恢复的初始快速阶段。GCAP2加速闪光响应的恢复，并调整棒的工作范围以适应更高强度的环境照明(Makino等人，2008年)。
17.锥体光转导小鼠模型
最近，对于以鱼为模型的锥体转导的理解有了实质性的进展(Kawamura et al.， 2004;Shimauchi-Matsukawa等，2005;立banaki等人，2005;立banaki等，2001;Wada et al.， 2006)。另一方面，尽管近年来结合小鼠遗传学和吸极记录在研究杆状光转导方面取得了巨大成功，但直到最近，将小鼠作为研究锥状光转导的模型系统仍局限于ERG研究。这主要是由于锥体的稀有(~3%)和锥体外段(COS)的脆弱。
这个障碍最终被Pugh和他的同事们克服了(Nikonov et al.， 2005;Nikonov等人，2006)。传统的吸吸管记录，涉及到将ROS吸入吸吸管(“OS in”)，是不能很好地被更脆弱的COS所容忍的。取而代之的是，Pugh和他的同事们将视网膜切片中锥体感光器的内部部分(“OS out”)抽到吸吸管中，从而实现长时间、稳定的记录。先前的研究表明，根据循环电流的性质，可以通过记录两栖动物杆和锥的外部或内部段获得相同的信息(Yau等人，1981年)。
为了克服识别小鼠视网膜中约3%视锥细胞的困难，Pugh和同事使用了三种不同的小鼠系。第一种缺乏神经亮氨酸拉链转录因子(Nrl) (Mears et al.， 2001)，该因子通过将杆状光感受器转变为锥状光感受器，极大地改变了它们的细胞命运(Daniele et al.， 2005;Nikonov等人，2005)。第二种是在小鼠锥体中表达EGFP，这有助于/验证其识别(Fei和Hughes, 2001)。第三种缺乏α-亚基(gnat1)的棒转导-/-)，这阻碍了棒的光转导(Calvert et al.， 2000)。
在EGFP鼠标线的情况下，需要背景光来抑制杆响应，以便隔离锥响应。因此，锥体响应稍微适应光，因此在给定的测试闪光强度下，比gnat1的响应稍微快一些，也稍微小一些-/-或海军-/-视锥细胞。当考虑到这一因素时，从三个小鼠系中记录的小鼠视锥细胞的光响应特性非常相似，并与哺乳动物视锥细胞的光响应特性一致(图16，表3)(Nikonov等，2006)。在这些特征中，最突出的是小鼠锥细胞对漂白色素的耐受性远高于小鼠杆细胞。在S型和m型锥体中，强烈的闪光漂白了大量的色素后，暗电流基本上恢复了。然而，一个令人惊讶的发现是，在没有GRK1的情况下，M色素的失活比S色素的失活更迟缓，这表明S色素存在一种不依赖GRK1的失活机制。海军研究实验室-/-球果在某些方面不同于野生型。它们的外节段更短，更紊乱，并经历缓慢的退化(Daniele et al.， 2005)。此外，与野生型相比，Nrl-/-视锥细胞表达更多的s视蛋白。因此，表达EGFP的转基因小鼠的锥和蚊蚋1-/-小鼠优于Nrl-/-用于研究锥体生理学的小鼠。
18.结束语
在过去的十年中，在利用小鼠模型阐明杆状光转导通路的激活和终止机制方面取得了很大进展。虽然关于杆状通路仍有一些问题有待解答，如单光子响应的再现性，但目前光转导研究的前沿在于视锥细胞，对人类视觉来说，视锥细胞远比视杆细胞重要。最近在单只小鼠视锥细胞上的成功记录开创了脊椎动物视锥光导研究的新时代。许多长期存在的问题，例如视锥细胞适应光线的巨大能力的机制，以及视锥细胞和视杆细胞在灵敏度和动力学方面的差异，现在可以通过结合小鼠遗传学和电生理学来解决。
19.参考文献
Aho A.C.等人。体温低的动物视网膜噪声低，视觉灵敏度高。大自然。1988;334(6180):348 - 50。［PubMed］
Ala-Laurila P.等人。从11-顺式脱氢视网膜(A2)到11-顺式视网膜(A1)的发色团转换可以降低蝾螈红杆的暗噪声。J Physiol.2007; 585 (Pt(1): 57 - 74。［PubMed］
Anant J.S.等。视网膜环GMP磷酸二酯酶催化亚基的体内差异戊酰化。中国生物化学杂志1992;267(2):687-90。［PubMed］
安格尔森，温塞尔，T.G.通过cGMP磷酸二酯酶的抑制亚基增强棒状外段GTPase加速蛋白质活性。中国生物化学杂志1994;269(23):16290-6。［PubMed］
Applebury M.L.等人。小鼠视锥感光器:单一视锥型同时表达S和M视蛋白，视网膜空间模式。Neuron.2000; 27(3): 513 - 23所示。［PubMed］
阿尔沙夫斯基V.Y，兰姆t.d.，普厄E.N. Jr。G蛋白和光转导。物理学报2002;64:153-87。［PubMed］
Autrum H。Über kleinste Reize bei Sinnesorganen。Biologisches Zentralblatt。1943;63:209 - 236。
Baehr W.， Devlin m.j.， Applebury M.L.牛棒外节段cGMP磷酸二酯酶的分离与鉴定。J Chem.1979杂志,254(22):11669 - 77。［PubMed］
Baehr W.等。鸟苷酸环化酶1和鸟苷酸环化酶2在杆状和锥状光感受器中的作用。中国生物化学杂志。2007;282(12):8837-47 .[PubMed］
巴洛到了视网膜噪声和绝对阈值。地球化学学报，1956;46(8):634-9。［PubMed］
巴洛到了低强度的增量阈值被认为是信号/噪声的区别。杂志。1957;136(3):469 - 88。［PubMed］
贝勒地方检察官，兰姆t.d.，丘家武视网膜杆对单光子的反应。杂志。1979;288:613-34。［PubMed］
贝勒地方检察官，兰姆t.d.，丘家武单杆外段膜电流。杂志。1979;288:589 - 611。［PubMed］
贝勒地方检察官，马修斯·G，丘坤威蟾蜍视网膜棒外节电暗噪声的两个组成部分。杂志。1980;309:591 - 621。［PubMed］
贝勒检察官，纳恩b.j.，施纳夫J.L.猕猴竹杆的光电流、噪声和光谱灵敏度。J Physiol.1984; 357:575 - 607。［PubMed］
贝勒地方检察官，修女B.J.虎尾螈杆体光敏电导的电学性质。杂志。1986;371:115-45。［PubMed］
Biel M.等。缺乏环核苷酸门控通道CNG3的小鼠锥体功能选择性丧失。中国科学(d辑:自然科学版)1999;32 (4):563 - 571 .[PubMed］
Bowes C.等。rd小鼠的视网膜退化是由棒cgmp -磷酸二酯酶β亚基的缺陷引起的。Nature.1990; 347(6294): 677 - 80。［PubMed］
布兰先生，科恩先生大鼠视网膜杆内转导素mRNA的日表达及转导素的易位。科学。1987;235(4788):585 - 7。PubMed］
桥梁C.D.卟啉的光谱性质。视觉研究》1967;7(5):349 - 69。［PubMed］
桥梁、C.D.B。,视紫红质-卟啉酶视觉系统。beplay体育公司《感觉生理学手册》VII/1。视觉光化学，h.j.a Dartnall主编。第七卷/ 1。1972年，柏林-海德堡-纽约:施普林格. 417-480。
Broekhuyse R.M.等人。光诱导视网膜棒内s抗原的转移和结合。Curr Eye Res. 1985;4(5): 613-8。［PubMed］
伯恩斯法医，贝勒地方检察官脊椎动物光感受器细胞的激活、失活和适应。神经科学进展2001;24:79 - 805。［PubMed］
伯恩斯，法医等人。视网膜棒中环GMP合成的动力学。神经元。2002;36(1):81 - 91。［PubMed］
伯恩斯，法医等人。抑制素剪接变体对磷酸化和非磷酸化视紫红质的失活。J > 2006; 26(3): 1036 - 44。PubMed］
卡尔弗特警察局等人。α亚基中杆转导的靶向缺失后转基因小鼠的光转导。中国科学(d辑:自然科学版)，2000;29(6):369 - 369。［PubMed］
卡尔弗特警察局等人。膜蛋白的扩散决定了杆状光转导的速度。大自然。2001;411(6833):90 - 4。［PubMed］
卡拉瓦乔l.l.，邦汀S.L.发育中的脊椎动物视网膜中的视紫红质循环。2正常小鼠与遗传性视网膜变性小鼠的相关研究。Exp Eye Res. 1963; 2:12-9。［PubMed］
Carter-Dawson l.d.， LaVail m.m.， Sidman R.L.rd突变对小鼠视网膜视杆细胞和视锥细胞的差异影响。中华眼科杂志1978;17(6):489-98。［PubMed］
Carter-Dawson l.d.， LaVail M.M.小鼠视网膜中的视杆细胞和视锥细胞。I.用光镜和电子显微镜进行结构分析。J Comp Neurol.1979; 188(2): 245 - 62。［PubMed］
陈春，中谷佳，库塔洛斯。蝾螈光感受器外节游离镁浓度。物理学报，2003;553(Pt 1): 125-35 .[PubMed］
陈灿坤等。钙(2+)依赖性恢复蛋白与视紫红质激酶的相互作用。中国生物化学杂志，1995;270(30):18060-6。［PubMed］
陈灿坤等。缺乏视紫红质激酶的细胞光反应异常和光诱导凋亡。中国科学(d辑:自然科学版)1999;［PubMed］
陈灿坤等。缺乏GTPase加速蛋白RGS9-1的小鼠光敏反应恢复缓慢。大自然。2000;403(6769):557 - 60。PubMed］
陈灿坤等。缺乏G蛋白β -亚基Gbeta5的小鼠中GGL结构域RGS蛋白的不稳定性。中国科学(d辑:自然科学版)2003;30(4):369 - 369。［PubMed］
陈杰等。cooh末端截断突变体揭示了体内视紫红质失活的机制。科学。1995;267(5196):374 - 7。PubMed］
陈杰等。光阈值控制锥{α}转导易位。投资眼科视觉科学2007;48(7):3350-5。［PubMed］
科尔曼·J.E，桑普尔·罗兰律师事务所GC1的缺失阻止了小鼠锥体光感受器细胞的光依赖性阻滞素易位。中华眼科杂志2005;46(1):12-6。［PubMed］
库珀等人。牛棒外节鸟苷环化酶ROS-GC存在于视网膜外节和突触层。中华分子神经科学杂志，1995;6(3):211-22。［PubMed］
Cowan C.W.等。RGS9在球果中高表达，RGS9是棒状细胞中主要的GTPase加速蛋白。中国科学(d辑:自然科学版)1998;29(3):369 - 369。［PubMed］
Craft c.m.， Whitmore D.H.逮捕超级家族:圆锥逮捕是第四个家族。2月。1995;362(2):247 - 55。［PubMed］
昆卡N.等人。鸟酰基环化酶激活蛋白在哺乳动物视网膜中的定位。中华眼科杂志1998;39(7):1243-50 .[PubMed］
Daniele L.L.等。Nrl敲除小鼠光感受器的锥状形态、分子和电生理特征。中华眼科杂志2005;46(6):2156-67。［PubMed］
Dartnall H.J, Lythgoe j.n视觉颜料的光谱聚类。视觉研究》1965;5(3):81 - 100。［PubMed］
威慑p等人。视网膜棒的cGMP磷酸二酯酶受两个抑制亚基的调节。中国科学(d辑:自然科学版)1988;［PubMed］
迪卓尔·A.M.等人。人光感受器膜鸟酰基环化酶(RetGC)存在于外节段，受钙和一种可溶性激活剂调节。神经元。1994;12(6):1345 - 52。［PubMed］
Doan t等人。多个磷酸化位点提供了棒单光子响应的可重复性。科学。2006;313(5786):530 - 3。［PubMed］
Donner K.， Firsov m.l.， Govardovskii V.I.牛蛙视网膜视紫红质和卟啉素杆中异构化样“暗”事件的频率。杂志。1990;428:673 - 92。［PubMed］
唐纳K。锥杆视觉的噪声和绝对阈值。视觉研究》1992;32(5):853 - 66。［PubMed］
Dryja T.P.等人。常染色体隐性视网膜色素变性中编码棒cmp门控通道α亚基的基因突变。中国科学(d辑:自然科学版)1995;［PubMed］
Dukkipati A.等。脊椎动物紫外线视觉色素的光转导:光漂白后视黄酮席夫碱的质子化。生物化学。2002;41(31):9842 - 51。［PubMed］
Elias R.V.等人。小鼠光感受器细胞中止动素和α -转导素的光/暗易位和分隔的时间动力学。摩尔粘度2004;10:672 - 81。［PubMed］
Fain G.L.等。脊椎动物感光器的适应性。杂志启;2001 81(1):117 - 151。［PubMed］
费伊，休斯T.E.水母绿色荧光蛋白在小鼠锥体感光体中的转基因表达。Vis Neurosci.2001; 18(4): 615 - 23所示。［PubMed］
费申科e.e.，科列斯尼科夫s.s.，柳巴斯基A.L.环GMP诱导视网膜棒外段质膜阳离子电导。大自然。1985;313(6000):310 - 3。［PubMed］
芬恩·j·t，格伦沃尔德法医，丘坤威环核苷酸门控离子通道:一个具有多种功能的扩展家族。《物理学年鉴》1996;58:395-426。［PubMed］
弗里德曼M.S.等人。非杆状，非锥状，眼光感受器对哺乳动物昼夜节律行为的调节。科学。1999;284(5413):502 - 4。PubMed］
付勇等。本质上感光的视网膜神经节细胞用一种基于维生素的光色素——黑视素来探测光线。中国科学(d辑:自然科学版)，2005;29(6):557 - 557。［PubMed］
付勇等。人类红锥色素的量子噪声。Nat > 2008; 11(5): 565 - 71。［PubMed］
Fukada Y.等。鸡红敏感锥体视觉色素碘视素的磷酸化。生物化学。1990;29(43):10102 - 6。［PubMed］
冯伯强，李伯曼，李仁宏G蛋白β亚基的第三种形式。2.纯化和生化性质。J Chem.1992杂志,267(34):24782 - 8。［PubMed］
吉布森s.k.，帕克斯j.h.，利布曼P.A.磷酸化调节光激活视紫红质对G蛋白和抑制素的亲和力。Biochemistry.2000; 39(19): 5738 - 49。［PubMed］
古列维奇五世，古列维奇五世抑制素:无处不在的细胞信号通路的调节因子。基因组医学杂志。2006;7(9):236。［PubMed］
海塞勒F.等。鸟酰基环化酶激活蛋白亚家族第三个成员的分子特征。中国生物化学杂志，1999;274(10):6526-35 .[PubMed］
Hagins W.A, Penn r.d.， Yoshikami S。视网膜棒中的暗电流和光电流。Biophys j . 1970; 10(5): 380 - 412。［PubMed］
哈默R.D.等人。活化的视紫红质磷酸化的多个步骤可以解释脊椎动物杆状单光子反应的可重复性。中国生物医学工程学报，2003;22(4):419-44。［PubMed］
Hao W.等。光诱导视网膜变性中两个凋亡通路的证据。Nat麝猫。2002;32(2):254 - 60。［PubMed］
Harosi F.I.一些两栖类光感受器的吸收光谱和线性二色性。中国生物医学工程学报，2005;27(3):369 - 371。［PubMed］
hatar S.等。黑视素和杆锥光感受系统是小鼠主要的辅助视觉功能。大自然。2003;424(6944):76 - 81。PubMed］
何伟，Cowan c.w.， Wensel T.G.RGS9，一种用于光转导的GTPase加速器。神经元。1998;20(1):95 - 102。［PubMed］
赫克特，施莱尔，皮莲，M.H.能量，量子和视觉。中华医学杂志。1942;25(6):819-840。［PubMed］
赫克·M，霍夫曼K.P.视紫红质催化转导激活的最大速率和核苷酸依赖性:基于双置换机制的初始速率分析。中国生物化学杂志2001;276(13):1 - 9。［PubMed］
Holcman D.， Korenbrot j光感受器灵敏度的极限:视网膜视锥细胞暗噪声的分子机制。中华医学杂志。2005;125(6):641-60 .[PubMed］
Howes K.等人。小鼠视网膜鸟苷酸环化酶激活蛋白1和2的基因阵列及表达。中华眼科杂志1998;39(6):867-75。［PubMed］
K.A.等人。GCAP1挽救了GCAP1/GCAP2敲除小鼠的杆状光感受器反应。Embo j . 2002; 21(7): 1545 - 54。［PubMed］
胡刚，温塞尔R9AP是光受体GTPase加速蛋白RGS9-1的膜锚。中国科学(d辑:自然科学版)2002;29(5):557 - 557。［PubMed］
哈伯德;沃尔德;视紫红质系统中维生素A和视黄烯的顺反异构体。中华医学杂志，1952;36(2):269-315。［PubMed］
哈伯德R。光对视紫红质的作用。中国科学(d辑:自然科学版)1958;44(2):130-9。［PubMed］
Humphries M.M.等人。视紫红质基因的靶向破坏诱发小鼠视网膜病变。Nat麝猫。1997;15(2):216 - 9。［PubMed］
赫利j。b。斯特赖尔L。视网膜棒外节环GMP磷酸二酯酶γ调节亚基的纯化和表征。中国生物化学杂志1982;257(18):11094-9。［PubMed］
Huttl S.等。缺乏环核苷酸门控通道亚单位CNGB1的小鼠的通道靶向损伤和视网膜退化。J Neurosci.2005; 25(1): 130 - 8。［PubMed］
Imai H.等。鸡蓝感锥体视觉色素的光化学和生化性质。生物化学,1997;36(42):12773 - 9。［PubMed］
Karpen J.W.等。循环gmp激活视网膜棒通道的门控动力学:闪光光解和电压跳变研究。中国科学(d辑:自然科学版)1988;［PubMed］
Kassai H.等人。光适应过程中视网膜转导蛋白的法尼基化是其易位的基础。神经元。2005;47(4):529 - 39。［PubMed］
Kaupp ub, Seifert R。环核苷酸门控离子通道。杂志启;2002 82(3):769 - 824。［PubMed］
河村建夫。蛙竿中的光敏调节蛋白。56 Photochem Photobiol。1992;(6):1173 - 80。［PubMed］
河村建夫。视紫红质磷酸化是s -调素调节环GMP磷酸二酯酶的机制。大自然。1993;362(6423):855 - 7。PubMed］
Kawamura, S.等人，鲤鱼视色素快速磷酸化的机理。投资。角膜切削。粘度科学。, 2004年。45: p. e . abstract 2207。
Kefalov V.等。视色素性质在杆状和锥状光导中的作用。大自然。2003;425(6957):526 - 31所示。［PubMed］
Kefalov v.j等人。打破共价键-一种有助于球果脱敏的色素特性。神经元。2005;46(6):879 - 90。［PubMed］
肯尼迪·m·j，邓恩·f·a，赫利j·b视觉色素磷酸化而非转导易位可促进斑马鱼锥体的光适应。神经元。2004;41(6):915 - 28。［PubMed］
Keresztes G.等。RGS9的缺失。R9AP敲除小鼠光感受器中的Gbeta5 gtpase激活复合体。J Chem.2004杂志,279(3):1581 - 4。［PubMed］
克兰钦退伍军人，卡尔弗特警察，鲍兹医生恢复蛋白对视紫红质激酶的抑制作用。光转导中负反馈系统的进一步证据。中国生物化学杂志，1995;270(27):16147-52。［PubMed］
Kohl S.等。全色盲是由编码锥光感受器cgmp门控阳离子通道α -亚基的基因突变引起的。Nat麝猫。1998;19(3):257 - 9。［PubMed］
Kohl S.等。编码锥感光细胞cgmp门控通道β -亚基的CNGB3基因突变导致与染色体8q21相关的色盲(ACHM3)。中国分子生物学杂志，2000;9(14):2107-16。［PubMed］
Kokame K.等。光感受器g蛋白α -亚基N端脂质修饰。大自然。1992;359(6397):749 - 52。［PubMed］
Krispel C.M.等。小鼠视网膜杆的新适应形式加快了光转导的恢复。中国生物医学工程学报，2003;22(6):369 - 369。［PubMed］
Krispel C.M.等。Gbeta5-/-小鼠光敏反应延长和细胞适应缺陷。J > 2003; 23(18): 6965 - 71。［PubMed］
Krispel C.M.等。RGS表达率限制了棒光响应的恢复。51神经元。2006;(4):409 - 16。［PubMed］
Krispel C.M.等。Phosducin调节杆状光感受器中betagamma亚基转导的表达，不参与光转导的适应。中国生物医学工程学报，2007;30(3):363 - 371。［PubMed］
Kropf。视紫红质和视网膜光异构化的光敏性和量子效率。方法Enzymol。1982;81:384 - 92。［PubMed］
Krylov D.M.等人。鸟酰环化酶激活蛋白-1的定位位点需要调节光感受器膜鸟酰环化酶。中国生物化学杂志1999;274(16):10833-9。［PubMed］
库恩，威尔登。视紫红质激酶和抑制素对光激活视紫红质的失活作用。J receive res 1987;7(1-4): 283-98。［PubMed］
Kusnetzow A.K.等人。脊椎动物紫外线视觉色素:视黄素席夫碱的质子化和光激活过程中的反离子开关。中国生物医学工程学报2004;29(4):447 - 447。［PubMed］
Kuwayama S.等。锥体视觉色素中保存在189位的脯氨酸残基是不同于视紫质的分子性质的决定因素。生物化学,2002;41(51):15245 - 52。［PubMed］
Kuwayama S.等。在杆状和锥状视觉色素中，负责meta-III衰减率的氨基酸残基。生物化学,2005;44(6):2208 - 15。PubMed］
兰姆t.d.，普厄E.N. Jr。两栖动物光感受器光转导激活步骤的定量描述。J Physiol.1992; 449:719-58。［PubMed］
羔羊杰光转导g蛋白级联的增益和激活动力学。中国科学(d辑:自然科学版)1996;［PubMed］
Langlois G.等。光转导级联对昏暗光线的响应。中国科学(d辑:自然科学版)1996;［PubMed］
劳拉·r·p，赫利·j·b视网膜鸟苷酰环化酶1和2的激酶同源结构域决定了与鸟苷酰环化酶激活蛋白-2的亲和力和相互作用的协同性。生物化学,1998;37(32):11264 - 71。［PubMed］
LaVail M.M.发育中的小鼠视网膜棒外节更新动力学。细胞生物学杂志，1973;58(3):650-61。［PubMed］
LaVail m.m.， Sidman R.L.遗传性视网膜退化C57BL-6J小鼠。角膜切削。1974;91(5):394 - 400。［PubMed］
李r.h.等人。G蛋白β亚基的第三种形式。1.免疫化学鉴定和定位锥光感受器。J Chem.1992杂志,267(34):24776 - 81。［PubMed］
莱姆·j等。视紫红质敲除小鼠的形态学、生理和生化变化。中国科学(d辑:自然科学版)1999;［PubMed］
Lerea C.L.等。视网膜视杆和视锥光感受器中特定转导因子α亚基的鉴定。科学。1986;234(4772):77 - 80。［PubMed］
Leskov I.B.等人。光导棒的增益:生化和电生理测量的调和。神经元。2000;27(3):525 - 37。PubMed］
李涛等。K296E视蛋白对光转导的本构激活不是光感受器变性的原因。中国科学(d辑:自然科学版);2011;［PubMed］
梁，Y.，等，杂合子视紫红质敲除小鼠的视紫红质信号转导和组织。生物化学杂志，2004。
刘旭等。人和猴视网膜鸟苷酸环化酶的超微结构定位。Exp Eye Res. 1994;59(6): 761-8。［PubMed］
Lobanova E.S.等人。-亚基转导决定了-亚基和-亚基的表达水平，对细胞活力至关重要。J Neurosci.2008; 28(13): 3510 - 20。［PubMed］
Lowe D.G.等人。视网膜第二光受体特异性膜谷酰基环化酶(RetGC)的克隆与表达。中国科学(d辑:自然科学版)1995;［PubMed］
卢卡斯R.J.等。非杆状，非锥状，眼感光器对哺乳动物松果体的调节。科学。1999;284(5413):505 - 7。［PubMed］
罗德刚，丘国威新生小鼠和大鼠棒的敏感性。中国生物医学工程学报，2005;26(3):369 - 369。［PubMed］
罗德国，薛涛，丘国伟视觉是如何开始的:一场奥德赛。中国科学(d辑:自然科学版)2008;29(5):557 - 557。［PubMed］
Lythgoe R.J, Quilliam j.p瞬时橙色与视觉紫色和指示黄色的关系。杂志。1938;94(3):399 - 410。［PubMed］
柳巴斯基等人。缺乏g蛋白受体激酶1的小鼠严重减缓了视锥细胞驱动的视网膜反应的恢复。J Neurosci.2000; 20(6): 2209 - 17所示。［PubMed］
柳巴斯基等人。RGS9-1是小鼠锥体光转导正常失活所必需的。摩尔粘度2001;7:71-8。［PubMed］
柳巴斯基等人。功能性无杆小鼠:视网膜疾病中锥体功能研究和治疗的转基因模型。视觉Res.2002; 42(4): 401 - 15所示。［PubMed］
马杰等。视色素在视杆和视锥感光器中都有表达的视觉色素神经元。2001;32(3):451 - 61。［PubMed］
Makino E.R.等人。杆状光感受器中用于转导的GTPase激活因子是RGS9和5 G型蛋白β亚基之间的复合物。中国科学(d辑:自然科学版)1999;［PubMed］
牧野忠良，温晓华，林俊。拼凑出转基因动物视觉转导的时间表。Curr Opin neurobiology . 2003;13(4): 404-12。PubMed］
Makino C.L.等人。Recoverin调节视网膜棒中光依赖性磷酸二酯酶的活性。中国生物医学工程学报，2004;23(6):729-41。［PubMed］
Makino C.L.等人。GCAP2在调节光响应中的作用。GUCA1B敲除小鼠的鸟酰基环化酶激活和杆状电生理。中国生物医学工程学报，2008;29(4):447 - 447。［PubMed］
新泽西州曼吉尼市，多米尼加共和国佩珀堡市48K在杆状光感受器中的免疫定位。光和ATP增加OS标记。中华眼科杂志1988;29(8):1221-34。［PubMed］
Matulef K.， Zagotta W.N.环核苷酸门控离子通道。细胞发育生物学2003;19:23-44。［PubMed］
McBee J.K.等人。面对复杂性:脊椎动物视网膜中光转导和类视黄酮代谢的相互联系。视网膜眼科学进展，2001;20(4):469-529。［PubMed］
米尔斯A.J.等。Nrl是杆状光感受器发育所必需的。Nat麝猫。2001;29(4):447 - 52。［PubMed］
Mendez A.等。快速和可复制的失活视紫红质需要多个磷酸化位点。神经元。2000;28(1):153 - 64。［PubMed］
Mendez A.等。鸟苷酸环化酶激活蛋白(GCAPs)在设置杆状光感受器闪光灵敏度中的作用。中国科学(d辑:自然科学版)2001;29(3):369 - 369。［PubMed］
米勒j.l.，皮科内斯A.，科伦布洛特J.I.杆状光感受器和锥状光感受器转导的差异:对钙稳态作用的探索。神经生物学杂志1994;4(4):488-95。［PubMed］
村上等。X-抑制素:一种新的视网膜抑制素映射到X染色体。2月。1993;334(2):203 - 9。［PubMed］
Molday, R.S.和U.B. Kaupp，脊椎动物光感受器离子通道,在生物物理学手册， D.G. stavava, W.J. de Grip和E.N. Pugh, Jr.编辑，2000，爱思唯尔科学B.V:阿姆斯特丹。
中谷健，丘国威蝾螈视网膜锥细胞钠依赖性钙挤压及敏感性调节。杂志。1989;409:525-48。PubMed］
内森·J。视觉色素吸收的决定因素:牛视紫红质中视黄素席夫碱反离子的鉴定。Biochemistry.1990; 29(41): 9746 - 52。［PubMed］
Neubert T.A.等人。在α亚基氨基末端转导的杆是不均匀的脂肪酰化的。中国生物化学杂志1992;267(26):18274-7。［PubMed］
尼可诺夫，恩格塔，普伊。适应暗环境的蝾螈光反应恢复动力学。中华物理学报。1998;111(1):7-37 .[PubMed］
尼科诺夫S.S.等人。Nrl -/-小鼠光感受器共表达功能性S锥视蛋白和m锥视蛋白，具有不同的失活机制。创Physiol.2005; 125(3): 287 - 304。［PubMed］
尼科诺夫S.S.等人。单细胞记录野生型小鼠S锥和m锥光感受器的生理特征。创Physiol.2006; 127(4): 359 - 74。［PubMed］
尼科诺夫S.S.等人。小鼠视锥细胞需要一种抑制素来实现正常的光转导失活。神经元。2008;59(3):462 - 74。［PubMed］
Ohguro H.等人。体内视紫红质的磷酸化和去磷酸化。中国生物化学杂志，1995;270(24):14259-62。［PubMed］
Okada T, Palczewski K。视紫红质的晶体结构:对视觉及其以外的影响。细胞生物学杂志，2001;11(4):420-6。［PubMed］
Otto-Bruc A.E.等。在α毒素通透的视网膜中，光解视紫红质的磷酸化是钙不敏感的。中国科学(d辑:自然科学版)1998;29(3):369 - 369。［PubMed］
Palczewski K.等。从牛棒外节段分离的截短型阻滞素的表征。蛋白质科学。1994;3(2):314 - 24。［PubMed］
Palczewski, k(1994)。拦阻剂的结构与功能。蛋白质科学3,1355-1361。
Palczewski K.等。视紫红质的晶体结构:G蛋白偶联受体。科学。2000;289(5480):739 - 45。［PubMed］
彭玉文等。视网膜杆和视锥细胞有不同的G蛋白β和γ亚基。中国科学(d辑:自然科学版)1992;29(3):369 - 369。［PubMed］
彭C，里奇急诊，瓦纳姆医学异聚体锥环核苷酸门控通道的亚基构型。42神经元。2004;(3):401 - 10。［PubMed］
Pennesi me等人。鸟苷酸环化酶激活蛋白(GCAP) 1挽救了GCAP1/GCAP2敲除小鼠的锥恢复动力学。中国科学(d辑:自然科学版)2003;30(4):369 - 369。［PubMed］
Pepperberg D.R.等人。视网膜杆光反应下降阶段的光依赖延迟。Vis > 1992; 8(1): 9到18。［PubMed］
佩里·r·j，麦克诺顿P.A.虎蝾螈视网膜视锥细胞的响应特性。杂志。1991;433:561 - 87。［PubMed］
彭乃俊，张伟，龙凯。大鼠视网膜视杆感光细胞的光刺激蛋白运动。225年2月。1987;(2):127 - 32。PubMed］
皮特勒(Pittler S.J)，贝尔(Baehr W)。rd小鼠棒光感受器cGMP磷酸二酯酶-亚基基因无义突变的鉴定。中国科学(d辑:自然科学版)1991;29(3):369 - 369。［PubMed］
小普，兰姆，T.D.光转导中激活步骤的放大和动力学。生物化学学报1993;1(2-3):111-49。［PubMed］
普，小e.n.和T.D.兰姆，脊椎动物杆和锥的光转导:放大、恢复和光适应的分子机制。,在生物物理学手册， D.G. stavava, W.J. de Grip和E.N. Pugh, Jr.编辑，2000，爱思唯尔科学B.V:阿姆斯特丹。p . 183 - 255。
等。阻滞素及其剪接变体p44与视紫红质相互作用的功能差异。生物化学。1997;36(30):9253 - 60。PubMed］
秦N, Baehr W。小鼠杆状光感受器cGMP磷酸二酯酶的表达及突变。中国生物化学杂志1994;269(5):3265-71。［PubMed］
Rader A.J.等。稳定视紫红质的核心氨基酸的鉴定。中国生物医学工程学报2004;29(4):369 - 369。［PubMed］
Ratto G.M.等人。新生哺乳动物细胞光反应的发展。大自然。1991;351(6328):654 - 7。［PubMed］
雷蒙德·T.M.等人。在视网膜视觉周期中，Rpe65是产生11-顺式维生素A所必需的。Nat麝猫。1998;20(4):344 - 51。［PubMed］
Rieke F.， Baylor检察官视网膜杆对单光子反应的再现性起源。Biophys j . 1998; 75(4): 1836 - 57。［PubMed］
Rieke F.， Baylor检察官视网膜视锥细胞暗噪声的起源及其对功能的影响。神经元。2000;26(1):181 - 6。［PubMed］
Rinner O.等。斑马鱼幼体中锥体特异性激酶GRK7的敲低导致锥体反应恢复受损和黑暗适应延迟。神经元。2005;47(2):231 - 42。［PubMed］
Sagoo m.s.， Lagnado L。g蛋白失活是光转导级联关闭的速率限制。大自然。1997;389(6649):392 - 5。［PubMed］
萨克玛尔t.p.，弗兰克r.r.，霍拉纳H.G.谷氨酸-113是牛视紫红质的视黄素席夫碱反离子。中国科学(d辑:自然科学版)1989;［PubMed］
Sampath A.P.等人。Recoverin通过增强小鼠视网膜中的信号传输来改善杆状视觉。神经元。2005;46(3):413 - 20。PubMed］
Schnapf J.L.等。猕猴簇猴视锥细胞的视觉转导。杂志。1990;427:681 - 713。［PubMed］
施尼维斯d.m.，施纳夫J.L.猕猴锥光感受器的光电压:适应性、噪声和动力学。J > 1999; 19(4): 1203 - 16。PubMed］
Schneeweis, d.m.和Schnapf, J.L.(2000)。猕猴神经棒对噪声和光的适应。神经科学17,659-666。
Shichida Y.等。鸡的绿感视锥视色素是一种似视紫红质的色素吗?鸡青与视紫红质分子性质的比较研究。生物化学,1994;33(31):9040 - 4。［PubMed］
Shimauchi-Matsukawa Y.等。鲤鱼视网膜视觉色素激酶相关基因的分离与鉴定:多植于GRK1亚型，GRK1A和1B。摩尔粘度2005;11:1220-8。［PubMed］
斯基巴n.p.，霍普j.a.，阿尔沙夫斯基V.Y.该效应酶通过增加转导素和RGS蛋白之间的亲和力来调节脊椎动物光感受器中G蛋白信号传递的持续时间。中国生物化学杂志2000;275(42):32716-20。［PubMed］
史密斯等人。arrestin的剪接变体。牛视网膜的分子克隆与定位。中国生物化学杂志1994;269(22):15407-10。［PubMed］
Sokolov M.等。杆状细胞的两个主要腔室之间的大量光驱动转导易位:一种新的光适应机制。神经元。2002;34(1):95 - 106。［PubMed］
斯坦坎普r.e.，特勒特区，帕尔切夫斯基K。视紫红质的晶体结构:g蛋白偶联受体。Chembiochem。2002;3(10):963 - 7。［PubMed］
斯坦坎普d.l.，卡梅隆d.l.视网膜中的细胞模式形成:作为模型系统的视网膜再生。摩尔粘度2002;8:280 - 93。［PubMed］
立树宗，对马宗，河村宗。低放大和快速视觉色素磷酸化是锥体光反应的特征机制。中国科学(d辑:自然科学版)2001;［PubMed］
Tachibanaki S.等。G蛋白偶联受体激酶7对视锥细胞光激活视觉色素的高效磷酸化。中国生物化学学报，2005;29(6):369 - 369。［PubMed］
Tachibanaki, S.等人，表征锥光响应的分子机制。Photochem Photobiol, 2006年。
Tachibanaki S.等。表征锥光响应的分子机制。Photochem Photobiol。2007;83(1):19-26。［PubMed］
曾绍辉等。缺乏棒状cGMP磷酸二酯酶γ亚基的小鼠视网膜退化。科学。1996;272(5264):1026 - 9。PubMed］
曾绍辉等。靶酶在体内光感受器G蛋白失活中的作用。科学。1998;282(5386):117 - 21所示。［PubMed］
曾绍辉等。不依赖gap的光感受器光响应由cgmp -磷酸二酯酶的过量γ亚基终止。J Neurosci.2006; 26(17): 4472 - 80。［PubMed］
沃特B.W.等。低温下短波视视蛋白主要事件的光化学。生物化学,1999;38(35):11287 - 97。PubMed］
和田等人。GRK1和GRK7:斑马鱼视蛋白磷酸化的细胞分布和活性差异很大。J Neurochem。2006;98(3):824 - 37。［PubMed］
瓦尔德克。眼睛组织中的维生素a。中华物理学报。1935;18(6):905-915。［PubMed］
瓦尔德克。溶液中的视紫红质研究。中华医学杂志。1938;21(6):795-832。［PubMed］
瓦尔德克。关于维生素a(1)和维生素a(2)的分配。中华医学杂志。1939;22(3):391-415。［PubMed］
Wald G.， Durell J.， St George C.C.漂白视紫红质的光反应。科学。1950;111(2877):179 - 81。［PubMed］
瓦尔德克。棒视觉的化学。科学。1951;113(2933):287 - 91。［PubMed］
Weiss E.R.等。哺乳动物视锥细胞中g蛋白偶联受体激酶(GRK) 7和GRK1表达的物种特异性差异:对视锥细胞光转导的意义。J > 2001; 21(23): 9175 - 84。［PubMed］
Weitz D.等人。杆状光感受器CNG通道的亚单位化学计量。神经元。2002;36(5):881 - 9。［PubMed］
惠兰J.P，麦金尼斯J.F.光感受器蛋白的光依赖性亚细胞运动。神经科学杂志，1988;20(2):263-70。［PubMed］
惠特洛克g.g.，兰姆T.D.蟾蜍杆单光子响应时间过程的变异性:视紫红质的活性终止。Neuron.1999; 23(2): 337 - 51。［PubMed］
威尔登·U，霍尔S.W，库恩·H。当视紫红质被磷酸化并与棒外节的固有48-kDa蛋白结合时，光激发的视紫红质激活的磷酸二酯酶被猝灭。中国科学(d辑:自然科学版)1986;38(5):369 - 369。［PubMed］
伍德拉夫M.L.等人。视蛋白载脂蛋白的自发活动是莱伯氏先天性黑蒙的一个原因。Nat麝猫。2003;35(2):158 - 64。［PubMed］
徐娟等。缺乏阻滞素的转基因小鼠光敏反应延长。大自然。1997;389(6650):505 - 9。［PubMed］
Yan E.C.等。G蛋白偶联受体视紫红质的光激活中的视网膜反离子开关。中国科学(d辑:自然科学版)2003;29(3):369 - 369。［PubMed］
杨仁波等。视网膜鸟酰基环化酶基因的破坏导致锥体特异性营养不良和似是而非的杆行为。J Neurosci.1999; 19(14): 5889 - 97。［PubMed］
丘坤威，马修斯·格，贝勒检察官视网膜杆视觉转导机制的热激活。大自然。1979;279(5716):806 - 7。［PubMed］
丘坤威，麦克诺顿律师，霍奇金律师离子对视网膜杆光敏电流的影响。大自然。1981;292(5823):502 - 5。［PubMed］
丘国威，中谷健。光抑制，循环gmp敏感电导在截短棒外段的质膜。Nature.1985; 317(6034): 252 - 5。［PubMed］
邱K.W.视网膜杆和视锥细胞的光转导机制。Friedenwald讲座。中华眼科杂志1994;35(1):9-32。［PubMed］
年轻的美国感光细胞外节段的更新。细胞生物学杂志，1967;33(1):61-72。［PubMed］
年轻的r.w.， Droz B。视网膜杆和视锥蛋白的更新。细胞生物学杂志，1968;39(1):169-84。［PubMed］
Young r.w.， Bok D。视网膜色素上皮参与棒外段更新过程。中国细胞生物学杂志，1999;42(2):392-403。［PubMed］
张旭，温泽尔t.g.，卡夫T.W.东方花栗鼠视锥细胞中GTPase的调控与光响应。J > 2003; 23(4): 1287 - 97。PubMed］
张颖等。敲除GARPs和棒cgmp门控通道的β -亚基破坏了圆盘形态发生和棒外段结构的完整性。细胞科学，2009;122(Pt 8): 1192-200。［PubMed］
郑洁，特鲁多m.c.，扎戈塔W.N.杆状环核苷酸门控通道具有三个CNGA1亚基和一个CNGB1亚基的化学计量学特征。神经元。2002;36(5):891 - 6。［PubMed］
钟华等。异聚环核苷酸门控通道采用3A:1B的化学计量。大自然。2002;420(6912):193 - 8。［PubMed］
Zhu, X.，等，杆状阻滞素在锥体光感受器中的表达与功能。投资。角膜切削。粘度科学。, 2005年。46: p. e .摘要1179。
茹科夫斯基，奥普里安羧酸侧链对视觉颜料最大吸收量的影响。科学。1989;246(4932):928 - 30。PubMed］
作者
傅博士迎宾她目前是贝勒医学院眼科萨拉·坎贝尔·布拉弗教授的副教授。他在北京大学获得生物化学学士学位。他搬到美国，在密歇根州东兰辛市的密歇根州立大学攻读生物化学博士学位后，他的兴趣转向了视网膜，并在马里兰州巴尔的摩的约翰霍普金斯大学医学院(Johns Hopkins University School of Medicine)加入了丘金伟(King-Wai Yau)博士的实验室，成为博士后。他成功地将自己在非洲爪蟾和老鼠遗传学方面的专业知识带到了世界一流的电生理学实验室丘氏实验室，这证明了他的博士后经历非常有成效。傅博士在视色素在杆状和锥状光转导中的作用以及黑视蛋白在固有光敏性视网膜神经节细胞中的作用等方面有重要发现。英斌在那里呆了几年莫兰眼科中心在转入贝勒学院之前，他就读于犹他大学。他目前的研究涉及蛋白质转运，以及基于基因编辑的治疗方法，特别是针对色素性视网膜炎和老年性黄斑变性的治疗。电子邮件:yingbin.fu@bcm.edu
最后更新:2018年7月30日。