先天性静止型夜盲症の異なるモデルにおける桿体外節円板膜の適応の違い

Differential adaptations in rod outer segment disc membranes in different models of congenital stationary night blindness.

• Subhadip Senapati
• Paul S-H Park

抄録

杆体光受容体細胞は、光受容体ロドプシンが光の光子を吸収して光変換を開始すると、スコト視を開始する。これらの光受容体細胞は非常に敏感であり、最適な機能を維持し、機能不全状態を克服するための適応機構を備えている。杆体光受容細胞が示す適応の一つは、膜内のロドプシンのパッキング特性にある。これらの適応の基礎となるメカニズムは明らかにされていない。異なる分子的原因を持つ先天性静止性夜盲症のマウスモデルを研究し、どのシグナルが桿体光受容細胞の適応に重要であるかを明らかにした。これらのマウスにおける夜盲症は、桿体光受容細胞のシグナル伝達または双極細胞のシグナル伝達のいずれかの機能不全によって引き起こされる。光受容体細胞膜内のロドプシンのパッキングの変化を原子間力顕微鏡で調べた。構成的に活性なロドプシンを発現しているマウスは、一定の暗条件下でも適応を示さなかった。また、双極細胞シグナル伝達が障害されたマウスでは適応を示したが、光伝達が障害されたマウスとは異なる適応を示した。これらの差異のある適応は、複数の分子欠陥が、疾患（すなわち、夜盲症）を引き起こす同様の一次欠陥につながる可能性があるにもかかわらず、異なる二次的な影響（すなわち、適応）を引き起こす可能性があることを示している。出生時や飼育初期に存在する照明環境やシグナル伝達の欠陥は、マウスの状態を整え、より成熟した動物で発生する適応に影響を与える可能性がある。野生型マウス、光伝達欠損マウス、双極細胞シグナル伝達欠損マウスの効果を比較した結果、双極細胞シグナル伝達はこの条件付けには役割を果たしているが、より成熟した動物の適応には必要ではないことが示された。

Rod photoreceptor cells initiate scotopic vision when the light receptor rhodopsin absorbs a photon of light to initiate phototransduction. These photoreceptor cells are exquisitely sensitive and have adaptive mechanisms in place to maintain optimal function and to overcome dysfunctional states. One adaptation rod photoreceptor cells exhibit is in the packing properties of rhodopsin within the membrane. The mechanism underlying these adaptations is unclear. Mouse models of congenital stationary night blindness with different molecular causes were investigated to determine which signals are important for adaptations in rod photoreceptor cells. Night blindness in these mice is caused by dysfunction in either rod photoreceptor cell signaling or bipolar cell signaling. Changes in the packing of rhodopsin within photoreceptor cell membranes were examined by atomic force microscopy. Mice expressing constitutively active rhodopsin did not exhibit any adaptations, even under constant dark conditions. Mice with disrupted bipolar cell signaling exhibited adaptations, however, they were distinct from those in mice with disrupted phototransduction. These differential adaptations demonstrate that although multiple molecular defects can lead to a similar primary defect causing disease (i.e., night blindness), they can cause different secondary effects (i.e., adaptations). The lighting environment or signaling defects present from birth and during early rearing can condition mice and affect the adaptations occurring in more mature animals. A comparison of effects in wild-type mice, mice with defective phototransduction, and mice with defective bipolar cell signaling, indicated that bipolar cell signaling plays a role in this conditioning but is not required for adaptations in more mature animals.

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