代謝途徑由細胞中的一系列生化反應(yīng)組成，這些反應(yīng)將起始成分轉(zhuǎn)化為其他產(chǎn)物。越來越多的證據(jù)表明，代謝途徑與外部應(yīng)激因素相結(jié)合會影響細胞和組織的健康。許多人類疾病，包括視網(wǎng)膜或神經(jīng)退行性疾病，都與代謝途徑失衡有關(guān)。Elisabeth Knust 領(lǐng)導(dǎo)著來自德國德累斯頓馬克斯普朗克分子細胞生物學(xué)和遺傳學(xué)研究所 (MPI-CBG) 的一組研究人員，他們描述了這種代謝途徑在壓力條件下維持視網(wǎng)膜健康的重要作用。他們研究了經(jīng)典的果蠅基因朱砂、紅衣主教、白色和猩紅色, 最初是幾十年前的特征，并因其在眼睛色素沉著中的作用而得名，特別是果蠅眼棕色素的形成。這些基因編碼犬尿氨酸途徑的成分，其活性通過不同步驟將氨基酸色氨酸轉(zhuǎn)化為其他產(chǎn)物。在這項研究中，作者強調(diào)了這種代謝途徑在視網(wǎng)膜健康中的功能，與其在色素形成中的作用無關(guān)。
犬尿氨酸途徑是一種進化保守的代謝途徑，可調(diào)節(jié)多種生物過程。它的破壞會導(dǎo)致有毒或保護性生物分子或代謝物的積累，這會分別惡化或改善大腦的健康，包括視網(wǎng)膜。由 MPI-CBG 榮譽退休主任 Elisabeth Knust 領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊最近在 Plos Genetics 雜志上發(fā)表了關(guān)于這一重要代謝途徑的知識。意識到這種代謝途徑和調(diào)節(jié)它的基因的顯著保守性，他們使用果蠅作為模型系統(tǒng)來揭示個體代謝物在視網(wǎng)膜健康中的作用。研究人員研究了四種基因——朱砂、紅衣主教、白色和猩紅色– 以蒼蠅失去眼睛后異常的眼睛顏色命名。“由于犬尿氨酸途徑從蒼蠅到人類是保守的，我們想知道這些基因是否獨立于它們在色素形成中的作用來調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜健康，”該研究的主要作者之一 Sarita Hebbar 說。
為了找到答案，科學(xué)家們結(jié)合遺傳學(xué)、飲食變化和代謝物的生化分析來研究果蠅Drosophila melanogaster的不同突變. 合著者 Sofia Traikov 開發(fā)了一種對犬尿氨酸途徑代謝物進行生化分析的方法。這使研究人員能夠?qū)⒉煌拇x物水平與視網(wǎng)膜的健康狀態(tài)聯(lián)系起來。他們發(fā)現(xiàn)一種代謝物 3-羥基犬尿氨酸 (3OH-K) 會損害視網(wǎng)膜。更重要的是，他們可以證明退化程度受有毒 3OH-K 和保護性代謝物(例如犬尿酸 (KYNA))之間平衡的影響，而不僅僅是受其絕對量的影響。Sarita 繼續(xù)說道：“我們還將這些代謝物中的兩種喂給正常(非突變)果蠅，發(fā)現(xiàn) 3OH-K 增強了壓力引起的視網(wǎng)膜損傷，而 KYNA 保護視網(wǎng)膜免受壓力相關(guān)損傷。”
此外，通過靶向這四個基因以及通路中的四個不同步驟，研究人員能夠證明不僅 3OH-K 本身的積累，而且它在細胞中的位置以及它在進一步反應(yīng)中的可用性，都是對視網(wǎng)膜健康很重要。
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