マウスロッド光受容体の外側セグメントの更新中のロドプシン分布の光調節

薄暗い光の下での視力は、網膜のロッド光受容体によって詳しく説明された一次繊毛に依存しています。ロッド外側セグメント（ROS）と呼ばれるこの特殊な感覚構造は、光感受性タンパク質ロドプシンを含む数百の積み重ねられた膜状ディスクで構成され、ROSに新しいディスクを組み込むことは、ロッドの健康と機能を維持するために不可欠です。ROS更新は、主に外因性因子（光）によって規制されているようです。ただし、結果は、モデル生物が異なることによって異なります。ロドプシンの運命が蛍光標識されたロドプシン融合タンパク質（Rho-timer）によって追跡される2つの独立したトランスジェニックマウス系統を生成し、新生のROSディスクへのロドプシンの取り込みは、外部照明の手がかりと自律的な網膜時計の両方によって調節されているように見えることを示しています。6つのユニークな照明条件にさらされたマウスから分離されたROSのライブセルイメージングは、ROS形成が周期的な光、一定の暗闇、人工光/暗いサイクルで周期的に発生することを示しています。ROSの長さに沿ったRho-Timerのこの交互の明るい/弱い帯域は、ロドプシン密度と構造的衰弱の潜在的なポイントの不均一性に関連しています。さらに、長期にわたる薄暗い周囲の光曝露は、新しいディスクのロドプシン含有量だけでなく、古いディスクのそれにも影響を与えることを明らかにし、新しいディスクと古いディスクの間の材料の動的な交換を示唆しています。さらに、ROSへのロドプシンの取り込みは、病因に貢献する可能性がある2つの常染色体劣性網膜色網膜マウスモデルで大幅に変化していることを示しています。私たちの発見は、外因性（光）および固有の（網膜時計および遺伝的変異）要因が哺乳類のROSの更新を動的に調節する方法についての洞察を提供します。

Vision under dim light relies on primary cilia elaborated by rod photoreceptors in the retina. This specialized sensory structure, called the rod outer segment (ROS), comprises hundreds of stacked, membranous discs containing the light-sensitive protein rhodopsin, and the incorporation of new discs into the ROS is essential for maintaining the rod's health and function. ROS renewal appears to be primarily regulated by extrinsic factors (light); however, results vary depending on different model organisms. We generated two independent transgenic mouse lines where rhodopsin's fate is tracked by a fluorescently labeled rhodopsin fusion protein (Rho-Timer) and show that rhodopsin incorporation into nascent ROS discs appears to be regulated by both external lighting cues and autonomous retinal clocks. Live-cell imaging of the ROS isolated from mice exposed to six unique lighting conditions demonstrates that ROS formation occurs in a periodic manner in cyclic light, constant darkness, and artificial light/dark cycles. This alternating bright/weak banding of Rho-Timer along the length of the ROS relates to inhomogeneities in rhodopsin density and potential points of structural weakness. In addition, we reveal that prolonged dim ambient light exposure impacts not only the rhodopsin content of new discs but also that of older discs, suggesting a dynamic interchange of material between new and old discs. Furthermore, we show that rhodopsin incorporation into the ROS is greatly altered in two autosomal recessive retinitis pigmentosa mouse models, potentially contributing to the pathogenesis. Our findings provide insights into how extrinsic (light) and intrinsic (retinal clocks and genetic mutation) factors dynamically regulate mammalian ROS renewal.