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夜视的秘密:夜行哺乳动物DNA的特殊结构

     417日发表于《cell》的一篇报告称,科学家在夜行哺乳动物身上发现了能够夜视的重要原因——每个夜行动物的眼中的数百万个杆状细胞光感受体的DNA以一种特殊的方式折叠,这种特殊的DNA结构形成微小的光收集镜。

慕尼黑 Ludwig-Maximilians 大学的Boris Joffe 说:“白天活动的哺乳动物,如灵长类,猪、松鼠等杆状细胞(视杆细胞)DNA通常都是常规结构,而夜行动物,如老鼠、猫、鹿等则会出现DNA倒置结构。为了了解夜行动物杆状细胞的核酸结构与白天活动的动物之间的区别,生物学家主要从DNA的角度分析怎样折叠染色质才能保持基因活性。

不论单细胞还是在多细胞机体,通常情况下细胞间期中,DNA与蛋白质结合形成染色质,在其外围处于聚缩状态的为“异染色质”,而其内部压缩程度较低的为“常染色质”。

根据此观点,课题组对老鼠杆状细胞细胞核完全相反、倒置的结构——其核酸的中央为大量的异染色质,而在核的外围则富含控制基因活性的转录因子——产生了极大的兴趣。这种杆状细胞并非与生俱来,而是在其出生几周后,由具有常规核结构的杆状细胞转化而来。

这种在老鼠体内发现的反向核结构,同样也出现在研究中另外将近40种夜行动物体内,揭示了杆状细胞核结构与其生活方式的紧密联系。夜行动物能够在比白天低100万倍的光强下可视,其杆状细胞光感受器对低至几个光量子的光线具有敏感性。这种高度的敏感性需要具有大量的杆状细胞,这样就增加了视网膜外核层 (outer nuclear layerONL)的厚度,通过ONL的最佳光传导能够给夜视提供至关重要的条件。动物杆状细胞细胞核吸收光线的机理类似于聚光镜,计算机模拟显示出在夜行动物视网膜上的这种核结构能够有效的将光导入到杆状细胞光敏感区。

   根据研究数据,可以提出以下观点:1)这种哺乳动物中倒置的结构很早就作为一种适应夜视的能力出现在早期夜行动物中。2)夜行哺乳动物若再次获得常规的核结构,就必须重新采取白天活动的生活方式。3)夜行动物常规结构的重建需要面临来自常规核结构施加的选择性压力。对比核的倒置结构和常规结构的功能,可以看出在常规核结构普遍存在的情况下,倒置结构也具有突出的优势。

    感兴趣的读者可以参看英文原文。

参考文献:

Nuclear Architecture of Rod Photoreceptor Cells Adapts to Vision in Mammalian Evolution

Cell, Volume 137, Issue 2, 17 April 2009, Pages 356-368

Irina Solovei, Moritz Kreysing, Christian Lanctôt, Süleyman Kösem, Leo Peichl, Thomas Cremer, Jochen Guck, Boris Joffe

(译者:vivian)

责任编辑:Mark
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    摘要
    4月17日发表于《cell》的一篇报告称,科学家在夜行哺乳动物身上发现了能够夜视的重要原因——每个夜行动物的眼中的数百万个杆状细胞光感受体的DNA以一种特殊的方式折叠,这种特殊的DNA结构形成微小的光收集镜。
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