我们眼中的感光细胞可以适应弱光和强光水平，但我们仍然不知道它们是如何做到的。神户大学名誉教授Fumio Hayashi及其同事透露，光感受器蛋白视紫红质在视网膜的椎间盘内形成瞬时簇。这些簇集中在盘膜的中心，并作为光到化学信号转换过程中的平台。该研究结果于6月14日在通讯生物学杂志上发表。

本研究的研究团队包括副教授Kenichi Morigaki(神户大学生物信号研究中心)，名誉教授Shohei Maekawa(神户大学理学研究科)，副教授Keiji Seno(滨松大学医学院医学院)和研究员Natsumi Saito(吉济医科大学医学院)。

在视网膜中的棒状感光细胞内，大约有1,000层圆盘状膜，直径为几微米。这些是嵌入高浓度光感受器蛋白视紫红质的脂质双层膜。视紫红质是G蛋白偶联受体(GPCR)的原型成员，负责收集有关我们外部环境的各种信息。

在这项研究中，研究人员使用最新的技术和分析方法来研究视紫红质和G蛋白转导蛋白的单分子动力学以及椎间盘膜内的脂质分子。

单分子跟踪视紫红质

视紫红质对光敏感，因此团队使用近红外染料进行单分子追踪，而不是使用标准的可见光荧光染料。他们证实视紫红质在椎间盘膜内非常自由地移动，并预测如果视紫红质形成临时簇，则分子会以不同的速度瞬间移动。他们收集了由视紫红质运动产生的500个单独“轨迹”(图1左)，通过使用贝叶斯推理机器学习技术(图1中心)获得三态模型，并发现视紫红质在三种扩散状态之间转换(图1右) 。

形成并消失的集群

当他们增加视紫红质的荧光标记时，该团队能够观察到视紫红质簇的重复产生和消退(图2)。诸如簇的扩散速度和寿命等性质与单分子跟踪中观察到的最慢扩散相匹配。研究小组还发现，椎间盘膜内的视紫红质分布并不像以前认为的那样均匀：它们在边缘周围薄薄地扩散并集中在中心，在那里它们很容易形成簇。