摘要

加州大学欧文分校的研究人员揭示了人类和昆虫在视网膜关键光吸收分子——11-顺式视黄醛（也称为“视觉色素”）生产过程中的深刻相似性和显著差异。通过研究昆虫中的NinaB蛋白并将其与人类的RPE65蛋白进行比较，研究团队发现，尽管这两种蛋白在结构上相似，但它们在合成11-顺式视黄醛的操作机制上存在显著差异。

这项研究不仅挑战了以往关于人类和昆虫视觉相似性的假设，还为视网膜疾病（特别是莱伯先天性黑蒙症）的研究提供了重要见解。通过X射线晶体学，研究揭示了11-顺式视黄醛生产的独特过程，为治疗因基因突变导致的视力障碍提供了潜在途径。

关键发现

1. 结构相似但功能差异：尽管昆虫的NinaB蛋白与人类的RPE65蛋白在结构上相似，但它们在11-顺式视黄醛的生产过程中表现出显著差异。

2. 视网膜疾病的深入理解：研究揭示了RPE65基因突变如何破坏视力，从而增强了对莱伯先天性黑蒙症等视网膜疾病遗传基础的理解。

3. 视觉研究的进展：通过阐明NinaB的结构和功能，研究人员对RPE65有了更深入的了解，为治疗由基因突变引起的视力障碍开辟了新途径。

研究背景

11-顺式视黄醛是视觉过程中不可或缺的分子，其生产始于摄入含有β-胡萝卜素等维生素A前体的食物（如胡萝卜或南瓜）。这些营养物质通过类胡萝卜素裂解酶（包括NinaB和RPE65）代谢生成11-顺式视黄醛。

此前已知，人类需要两种酶才能从β-胡萝卜素生成11-顺式视黄醛，而昆虫仅需NinaB即可完成这一转化。研究团队通过X射线晶体学研究了NinaB的结构，并将其与RPE65进行比较，以揭示两者在功能上的异同。

研究方法与发现

研究团队使用X射线晶体学技术分析了昆虫中的NinaB蛋白，并将其与人类的RPE65蛋白进行比较。尽管这两种酶在进化上具有共同起源且三维结构相似，但研究发现它们在11-顺式视黄醛的生产过程中采用了不同的机制。

研究的主要作者、加州大学欧文分校转化视觉研究中心的Yasmeen Solano表示：“我们发现这些酶在结构上非常相似，但它们执行活动的位点不同。通过对NinaB结构关键特征的理解，我们增强了对支持视网膜视觉色素功能的催化机制的认识。”

此外，研究还揭示了RPE65中一个关键部分的结构，这一部分此前尚未被解析。这一发现对于理解和解决RPE65功能缺失突变至关重要。

研究意义

这项研究不仅揭示了人类和昆虫视觉系统的进化差异，还为视网膜疾病的研究提供了新的视角。特别是对于莱伯先天性黑蒙症等由RPE65突变引起的疾病，研究结果为开发潜在治疗方法提供了理论基础。

研究通讯作者、加州大学欧文分校生理学与生物物理学及眼科学副教授Philip Kiser表示：“我们的研究挑战了关于人类和昆虫视觉相似性和差异的传统假设。尽管这些酶具有共同的进化起源和三维结构，但它们在11-顺式视黄醛的生产过程中采用了不同的机制。”

研究团队与资助

研究团队包括Kiser实验室的初级专家Michael Everett以及当时的生物科学本科生Kelly Dang和Jude Abueg。该研究得到了美国国家科学基金会（CHE-2107713）、退伍军人事务部（BX004939）和美国国立卫生研究院（EY034519-01S1）的资助。

关于这项视觉神经科学研究

• 作者：Patricia Harriman

• 来源：加州大学欧文分校

• 联系人：Patricia Harriman – UC Irvine

参考文献

• 原始研究：开放获取。“Carotenoid cleavage enzymes evolved convergently to generate the visual chromophore” by Philip Kiser et al. Nature Chemical Biology

这项研究为视觉科学领域带来了突破性进展，不仅深化了我们对人类和昆虫视觉系统的理解，还为视网膜疾病的治疗提供了新的希望。