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复眼是果蝇最重要的视觉感受器官，由750-800个规则六边形小眼(ommatidium)构成。每个小眼主要由8个光感受器细胞以中心辐射方式排布成圆柱形，是感受光刺激并产生视觉神经冲动的基本单元。 在光刺激下，果蝇复眼光感受器细胞中同时发生了两个光响应的事件:瞳孔反应(deeppseudopupil)及视紫红质的降解。强光照射时，位于光感受器胞质中的色素颗粒迅速地从胞质转移到光敏感的感杆基部，从而增强了入射光的反射，减少了入射光量;去除光照后，色素颗粒又迅速地由感杆基部返回胞质中。这一过程称为果蝇的瞳孔反应。与此同时，光照引起感杆膜上的感光色素——视紫红质发生构象改变，从而引发了下游信号通路，最终产生视觉。在该信号传递过程中，部分视紫红质发生降解。因此，光感受器细胞需要不断地合成视紫红质，并持续的由高尔基体转运到感杆基部，以维持感杆膜上视紫红质总量平衡。 近来研究表明，果蝇非典型肌球蛋白V(DmM5)参与了果蝇复眼上述两个光响应过程。DmM5是一类分子马达，能够将ATP水解产生的化学能转变成机械能，牵引色素颗粒及视紫红质囊泡沿着微丝转运。但尚不清楚光信号是如何调控DmM5上述两种转运功能。本论文以果蝇复眼为研究对象，通过定点突变、蛋白互作及ATP水解酶活性测定等方法研究了第五类肌球蛋白在果蝇复眼中响应光信号的运输调控机理。主要结果如下: 首先，对DmM5的组成和结构进行了分析。DmM5整体结构与Myo5a类似，含有N端的马达头部(motor domain)、颈部(包含6个IQ motif)、双螺旋卷曲(Coiled-coil)及尾部(GTD)。结构分析表明DmM5的两种轻链，dCaM和Mlc-C以一种不规则的方式与颈部的IQ motif结合，即dCaM依次结合在IQ1，3，6上，而Mlc-C结合在IQ2，4，5上。另外电镜结果表明，纯化的含Coiled-coil结构的DmM5全长及截短蛋白均为单二聚体的形式，呈明显的双头结构，与Myo5a相似。 其次，研究了在果蝇复眼瞳孔反应中光信号调控DmM5转运色素颗粒的分子机制。由于光刺激可以引起光感受器胞质Ca2+升高，因此我们推测Ca2+可以激活DmM5的马达功能。然而，关于分子水平上Ca2+如何调节DmM5马达头部的活性仍然不清楚。为此，通过检测在高低Ca2+条件下，DmM5水解产物ADP的释放速率来研究DmM5 ATP水解酶活性特点。酶活性测定结果表明与哺乳动物Myo5a类似，DmM5尾部结构域对马达头部功能的抑制可以被Ca2+解除;但与哺乳动物Myo5a不同，Ca2+通过位于第一位的轻链抑制DmM5马达头部活性。已知DmM5是通过货物衔接蛋白Ltd与色素囊泡结合的，我们发现Ltd虽然能够结合在DmM的Coied-coil区域，但不能激活DmM5的ATP水解酶活力。根据上述结果，我们提出如下果蝇复眼瞳孔反应机制:在黑暗条件下，DmM5通过Ltd与色素囊泡结合，处于抑制状态;光信号刺激下，胞内Ca2+浓度急剧升高，DmM5的马达运输活性被激活，启动色素颗粒迅速向感杆基部的转移，从而减少入光量;光信号去除后，DmM5恢复抑制状态，色素囊泡通过未知机制返回细胞质中，增加入光量。 最后，研究了DmM5在果蝇复眼中维持视紫红质平衡的分子机制。在果蝇复眼光感受器中，DmM5的另一功能是将含视紫红质的分泌囊泡向感杆基部持续转移，以维持视紫红质的量的平衡。DmM5通过货物衔接蛋白dRab11与紫红质分泌囊泡结合，并携带其运输。dRab11是一种具有GTP水解酶活性的蛋白，在囊泡运输中起着开关的作用。酶活性测定发现结合GTP的dRab11可以直接激活DmM5的ATP水解酶活性，而结合GDP的dRab11基本不激活。通过体外蛋白互作及定点突变的方法，确定了DmM5通过尾部与dRab11结合，并且Q1689位氨基酸是结合关键氨基酸。根据上述结果，我们推测DmM5参与维持紫红质平衡的分子机制如下:光刺激引起胞内Ca2+浓度的升高，进而通过一种Crag通路促进GTP-dRab11的形成，GTP-dRab11与DmM5结合并激活其马达活性。由于GTP-dRab11可以维持很长时间，因此紫红质分泌囊泡能够被DmM5持续向感杆基部运输。 根据上述研究，提出DmM5通过两种不同的机制参与光响应的果蝇复眼瞳孔反应和视紫红质平衡。在瞳孔反应中，光照刺激引起的Ca2+升高直接激活DmM5转运色素囊泡的活性，使色素颗粒转运对光照产生快速响应。在维持视紫红质平衡中，光信号通过Ca2+ Crag-dRab11信号通路激活DmM5转运视紫红质囊泡的活性，使视紫红质囊泡能够持续转运。