カルシウムイオンによる網膜ロッドグアニル酸シクラーゼの高度に協調的なフィードバック制御

網膜棒細胞の視覚励起は、環状GMP（CGMP）の増幅加水分解と、原形質膜におけるCGMP活性化陽イオン特異的チャネルの結果としての閉鎖につながるカスケードによって媒介されます。暗い状態の回復には、CGMPの再合成が必要です。これは、軸索関連酵素であるグアニル酸シクラーゼによって触媒されます。照明後のサイトゾルカルシウム濃度（CAI）の低下は、シクラーゼ活性を刺激する上で重要であると考えられています。この仮説は、CAIが10 nm未満に低下すると、ロッド外側セグメントのCGMP含有量が数倍増加するという発見によって裏付けられています。CGMPおよびCAIレベルが負のフィードバックによって相互に制御されていることは明らかです。Toad ROSのグアニル酸シクラーゼは、カルシウムレベルが10ミクロムから10 nmに低下すると強く刺激されます。ここでは、カルシウムレベルが200 nmから50 nmに低下すると、照合性ウシロッド外側セグメントのグアニル酸シクラーゼ活性が著しく（5〜20倍）増加することを示します。生理学的範囲のカルシウムレベルに対するグアニル酸シクラーゼ活性のこの急な依存性の丘係数は3.9です。低いカルシウムレベルでの刺激は、低塩緩衝液で洗浄することにより、外側のセグメント膜から放出できるタンパク質によって媒介されます。カルシウム感受性は、可溶性抽出物を洗浄膜に戻すことにより部分的に回復します。CAIの光誘発性低下によるグアニル酸シクラーゼの非常に協調的な活性化は、励起後の暗い電流を回復する上で重要なイベントになる可能性があります。

Visual excitation in retinal rod cells is mediated by a cascade that leads to the amplified hydrolysis of cyclic GMP (cGMP) and the consequent closure of cGMP-activated cation-specific channels in the plasma membrane. Recovery of the dark state requires the resynthesis of cGMP, which is catalysed by guanylate cyclase, an axoneme-associated enzyme. The lowering of the cytosolic calcium concentration (Cai) following illumination is thought to be important in stimulating cyclase activity. This hypothesis is supported by the finding that the cGMP content of rod outer segments increases several-fold when Cai is lowered to less than 10 nM. It is evident that cGMP and Cai levels are reciprocally controlled by negative feedback. Guanylate cyclase from toad ROS is strongly stimulated when the calcium level is lowered from 10 microM to 10 nM, but only if they are excited by light. We show here that the guanylate cyclase activity of unilluminated bovine rod outer segments increases markedly (5 to 20-fold) when the calcium level is lowered from 200 nM to 50 nM. This steep dependence of guanylate cyclase activity on the calcium level in the physiological range has a Hill coefficient of 3.9. Stimulation at low calcium levels is mediated by a protein that can be released from the outer segment membranes by washing with a low salt buffer. Calcium sensitivity is partially restored by adding the soluble extract back to the washed membranes. The highly cooperative activation of guanylate cyclase by the light-induced lowering of Cai is likely to be a key event in restoring the dark current after excitation.