蛋白質(zhì)是基礎的生物大分子，承擔著(zhù)人體內多種重要功能。作為細胞、組織和器官的關(guān)鍵結構與功能元素，蛋白質(zhì)參與了從基本細胞機制（如DNA復制）到復雜生理功能（如視覺(jué)感知）等多個(gè)過(guò)程。在視覺(jué)系統中，蛋白質(zhì)在光檢測、光感受器細胞中光敏色素的合成及細胞內信號傳遞中起著(zhù)重要作用。對這些蛋白質(zhì)的失調或突變會(huì )干擾正常的視覺(jué)過(guò)程，導致相關(guān)問(wèn)題。

最近，來(lái)自波蘭科學(xué)院物理化學(xué)研究所國際轉化眼研究中心（ICTER）的研究在《Open Biology》發(fā)表重磅研究，對RBP3蛋白的結構進(jìn)行了深入探討，提升了我們對視覺(jué)循環(huán)及其與視網(wǎng)膜疾病之間關(guān)系的理解。

我們的眼睛是一個(gè)復雜而奇妙的器官，幫助我們觀(guān)察周?chē)氖澜?。這個(gè)奇特器官的正常運作依賴(lài)于多種分子的共同作用。視覺(jué)的起始點(diǎn)是視網(wǎng)膜，這是一層覆蓋眼球后部的薄薄組織。視網(wǎng)膜為許多微小的錐體和桿體（光感受器）提供了支撐。光感受器能夠將光線(xiàn)轉換為電信號，并通過(guò)神經(jīng)系統將這些信號傳遞到大腦，從而形成圖像。光感受器依賴(lài)于特定的分子——11-順式視黃醛（11c-RAL），這種光吸收分子與視蛋白（如視紫紅質(zhì)）結合，啟動(dòng)視覺(jué)過(guò)程，將光轉換為電信號。當光子被吸收后，會(huì )引發(fā)一系列化學(xué)反應，包括11-順式視黃醛轉化為全反式視黃醛的異構化反應，從而啟動(dòng)視覺(jué)。為了保持持續的視覺(jué)，11c-RAL必須通過(guò)一個(gè)稱(chēng)為視覺(jué)循環(huán)的過(guò)程不斷再生。

接下來(lái)，視黃醇結合蛋白3（RBP3）成為了重要角色。RBP3是一種特殊的蛋白，位于細胞間質(zhì)中，維護視覺(jué)循環(huán)的正常功能。RBP3作為視黃醇在光感受器和視網(wǎng)膜色素上皮細胞之間的運輸者，已知能夠結合一些重要的脂肪酸。它在光感受器之間來(lái)回運輸關(guān)鍵分子，以使視覺(jué)色素為光子觸發(fā)的多重反應做好準備。

研究發(fā)現，與糖尿病相關(guān)的眼病——糖尿病性視網(wǎng)膜病的嚴重程度與RBP3水平的下降有關(guān)，可能導致視力逐漸喪失。

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圖片信息：眼睛隱藏著(zhù)許多秘密。IPC PAS 的科學(xué)家們正在揭示視網(wǎng)膜疾病期間眼睛中發(fā)生的復雜機制。照片由 DIFFERENT- 黑暗中的餐廳提供。

RBP3與糖轉運蛋白1（GLUT1）和血管內皮生長(cháng)因子（VEGF）等受體相互作用，參與眼部血管的形成和信號傳遞。 RBP3破壞會(huì )導致視網(wǎng)膜“廢物”的積累，例如脂肪霉素，這可能會(huì )對RPE和感光細胞造成氧化損害。除糖尿病性視網(wǎng)膜病外，RBP3水平的破壞還會(huì )導致色素性視網(wǎng)膜炎，泛視網(wǎng)膜變性和近視。

雖然RBP3與這些現象的關(guān)聯(lián)已經(jīng)被廣泛認識，但它與視黃醇結合以進(jìn)行運輸的機制仍不夠清楚。這一謎題吸引了波蘭科學(xué)院物理化學(xué)研究所國際轉化眼研究中心（ICTER）Humberto Fernandes博士領(lǐng)導的國際研究團隊的興趣。該團隊專(zhuān)注于深入研究RBP3與不同視黃醇和脂肪酸結合時(shí)的詳細結構。研究的主要目標是克服RBP3本體實(shí)驗結構模型的缺乏。為此，研究人員提純了 porcine RBP3（pRBP3），并利用冷凍電子顯微鏡（cryoEM）對其結構進(jìn)行了分析。他們在低溫條件下收集數據，并經(jīng)過(guò)多次處理以獲得該蛋白的三維結構。此外，還使用小角X射線(xiàn)散射（SAXS）提供了關(guān)于貨物分子引發(fā)的構象變化的數據。值得注意的是，RBP3的結構可以拉長(cháng)或彎曲，表明其在與貨物分子結合時(shí)會(huì )發(fā)生動(dòng)態(tài)變化。

Humberto Fernandes博士表示：“基于對RBP3特性的已有知識以及對 porcine 變體RBP3的簡(jiǎn)單分離方法，我們成功純化了 porcine RBP3。通過(guò)分析cryEM數據，我們確認了 porcine RBP3蛋白的3.67 Å分辨率結構，并觀(guān)察到了配體結合時(shí)的構象變化。’”

實(shí)驗結果使研究人員能夠確定RBP3的三維結構，并揭示了其與配體結合時(shí)的構象變化，為理解RBP3在視覺(jué)循環(huán)中的功能機制提供了新的視角。

RBP3作為由四個(gè)類(lèi)視黃素結合模塊組成的大分子，長(cháng)期以來(lái)一直失去其原始的催化功能，并且演變?yōu)榕c分子品種相互作用的貨物轉運蛋白，并在眼中遞送視視網(wǎng)膜類(lèi)似和脂肪酸。

研究結果表明，蛋白質(zhì)在與不同分子結合時(shí)會(huì )發(fā)生形狀變化，這影響了其與其他分子的相互作用。因此，構象變化可能在將光轉換為視覺(jué)信號的調控中起著(zhù)重要作用。

Fernandes博士強調：“在所有測量參數中， porcine 變體與已經(jīng)更全面研究的牛變體相似。RBP3加載不同視黃醇和脂肪酸的能力，以及后者取代前者的能力，以及構象變化與配體類(lèi)別的相關(guān)性，可能構成了這些貨物（以及可能的DHA）在靠近細胞類(lèi)型的IPM細胞質(zhì)基質(zhì)中裝載和卸載的基礎。因此，RBP3復合物值得進(jìn)一步的深入研究。”

了解蛋白質(zhì)以及影響其行為的基因變異，如RBP3，是描述視網(wǎng)膜疾病中機制的關(guān)鍵。在與不同蛋白質(zhì)相互作用的研究中，揭示該生物活性分子的詳細結構是一個(gè)里程碑。研究結果為更有效和快速的診斷提供了希望，其中RBP3可能充當早期視網(wǎng)膜疾病發(fā)展的生物標志物。此外，它還有助于調控RBP3的行為，為改善視覺(jué)過(guò)程的干擾提供新的思路。

期刊：Open Biology

DOI：10.1098/rsob.240180