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Aug 01, 2023

目の中で起こる量子化学が視力低下を防ぐ : ScienceAlert

Tutti i colori, tutti i lampi, tutti i raggi del sole mettono a dura prova le persone sensibili alla luce.

あらゆる色、あらゆるフラッシュ、あらゆる太陽光線が私たちの目の奥にある光に敏感な組織に大きな負担を与え、私たちが見ることを可能にする細胞そのものを損傷する危険性のある有毒物質を生成します。

ありがたいことに、私たちの髪、肌、目を黒くする原因となる色素は、清掃員として月明かりの下で活動し、そのような危険な化合物が蓄積して有害な塊になる前に除去します。

ドイツのテュービンゲン大学とイェール大学の研究者らによる調査で、この除去プロセスは生化学の観点からいささか異例であり、量子のような挙動の奇妙な癖に依存していることが明らかになった。

私たちの眼球の内面の後壁には、網膜と呼ばれる光反応細胞の毛むくじゃらの敷物が並んでいます。 このカーペットのすべての繊維には、光の光子を捉える重要な物質を含むパンケーキのようなディスクの積み重ねが詰め込まれており、脳が視覚として解釈する神経衝動を引き起こす一連の反応を開始します。

この変換プロセスの最初のステップは、驚くほど危険なステップです。 レチナールと呼ばれるこの物質は、細胞の機能を妨げる形状に変形し、実質的に毒素となります。

進化は、レチナールのねじれた形状を安全で実用的な形状に戻す酵素を提供し、この不便に対する私たちの備えを整えてきました。 さらに、目は常にディスクの積み重ねをリサイクルし、一方の端から解体し、もう一方の端から新しい光に敏感なパッケージを所定の位置にシャッフルします。

このプロセスは効率的ではありますが、完璧には程遠いです。 シュタルガルト病と呼ばれる稀な症状に罹患している人では、単一の酵素欠損により有毒物質の蓄積が引き起こされ、網膜の焦点領域での鮮明な視力の喪失につながります。

可能な限り効率的に仕事を遂行する機能的な酵素セットを備えている人であっても、分解プロセスにギャップがあると、リポフスチンと呼ばれる別の潜在的に危険な化合物が蓄積し、危険な塊を形成する危険性があります。

繰り返しになりますが、進化には答えがあります。それは明らかに、高齢者の網膜でリポフスチン顆粒と結合していることが観察されている黒色色素メラニンの形です。

「メラニンが生物学のさまざまな課題に対する自然の解決策であるように見え始めています」とイェール大学の治療放射線学者ダグラス・E・ブラッシュは言う。

メラニンの影響は年齢とともに弱まることがあります。 時間の経過とともに、これらの凝集物は組織の劣化を引き起こす可能性があり、今回ははるかに一般的な視力障害である加齢黄斑変性症（AMD）を引き起こします。

研究グループの他のメンバーによる以前の研究では、リポフスチンの除去における色素の役割が支持されていますが、分解の背後にあるメカニズムは謎のままです。

ラジカルと呼ばれる反応性の高い酸素の形態を生成する試薬の導入後にリポフスチンが分解することを明らかにした研究で、手がかりが見つかる可能性があります。

メラニンの電子は、単独ではそのようなタスクを実行するのに十分な高いエネルギー状態になく、比較的接地された状態に保つ量子物理学の法則によってブロックされています。

しかし、かなり奇妙な抜け穴があります。 化学励起と呼ばれるこの現象には、通常は阻止されるレベルを超えて電子を増加させる方法で結合する追加物質の量子ファインプリントが含まれ、これによりメラニンがわずかに励起され、必要に応じて酸素ラジカルが生成されるようになります。

「これらの量子化学反応はメラニンの電子を高エネルギー状態に励起し、そのスピンを反転させ、その後の異常な化学反​​応を可能にします」とブラッシュ氏は言う。

このプロセス自体は生物学では知られていませんが、通常は電子が叫び声を上げて戻ってきたときに光を生成するのに十分な高さまで電子を蹴り上げる方法として予約されています。 生物発光はさておき、メラニンが関与する経路を含む他の経路におけるその役割は、ようやく理解され始めたばかりです。

高解像度電子顕微鏡、遺伝学、薬理学を組み合わせて、ブラッシュ氏と彼の同僚は、メラニンとリポフスチン顆粒の起源を追跡し、危険な化合物を除去する経路におけるメラニンの位置を実証しましたが、メラニンがその量子ブースト状態を利用して分解することも示しました。リポフスチン。

理想的には、この知識は、網膜組織に大混乱を引き起こす前にリポフスチンを分解して、高齢者のメラニンの代替となる医薬品の探索に応用できるかもしれません。

「私は30年間、メラノソーム（メラニンを生成する細胞内小器官）がリポフスチンを分解すると確信していましたが、そのメカニズムは特定できませんでした」と、この研究の主著者であり、テュービンゲン大学の実験眼科医であるウルリッヒ・シュラーマイヤー氏は言う。

「化学興奮はミッシングリンクであり、これにより、年齢とともに目のメラニンが減少することでAMDが始まるという問題を回避できるはずです。直接化学興奮する薬剤は、患者にとって画期的な進歩となる可能性があります。」

この研究は PNAS に掲載されました。