代謝途徑由細胞中的一系列生化反應組成，這些反應將起始成分轉化為其他產物。越來越多的證據(jù)表明，代謝途徑與外部應激因素相結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。Elisabeth Knust 領導著來自德國德累斯頓馬克斯普朗克分子細胞生物學和遺傳學研究所 (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化為其他產物。在這項研究中，作者強調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。
犬尿氨酸途徑是一種進化保守的代謝途徑，可調節(jié)多種生物過程。它的破壞會導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 領導的研究團隊最近在 Plos Genetics 雜志上發(fā)表了關于這一重要代謝途徑的知識。意識到這種代謝途徑和調節(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，科學家們結合遺傳學、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。這使研究人員能夠將不同的代謝物水平與視網(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中的可用性，都是對視網(wǎng)膜健康很重要。
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