Errodopsina

Errodopsina, edo more ikusgaia, erretinako makil zeluletan dagoen eta RHO geneak kodetzen duen proteina bat da. Proteina hau G proteinei lotutako hartzailea da (GPCR). Makil zeluletako opsinari eta argiarekiko sentikorra den proteina hartzaile bati esker, makiletan fototransdukzio ikusgaia ematen da. Errodopsinak ikusmena baimentzen du argi ahula dagoenean, hortaz oso sentikorra da argiarekiko . Gainera, argiaren eraginpean jartzean, Photobleaching jasaten du, hau da, fluoroforo baten suntsiketa fotokimikoa gertatzen da. Gizakietan, 30 minuturo birsortzen da guztiz, non denbora hori gero makil zelulak sentikorragoak bihurtzen diren . Errodopsinaren genean akatsak daudenean begietako eritasunak sortzen dira, hala nola, erretinitis pigmentosoa eta sortzetiko gaueko itsutasuna.

Ikertzaileak 

Errodopsina Franz Christian Boll-ek aurkitu zuen 1876an . Errodopsina izenaren etimologia Antzinako grezierako ῥόδον (rhódon), bere “kolore larrosaren” ondorioz, eta ὄψις (ópsis) “ikusmena” hitzetatik dator . 1878an Wilhelm Friedrich Kühne (1837-1900) fisiologo germaniarrak sortu egin zuen .

George Wald-ek errodopsina holoproteina bat dela aurkitu zuenean, erretinako kromoforoz eta apoproteina batez osatuta, opsina izena jarri zion, nahiz eta gaur egun apo-errodopsina bezela ezagutzen den . Gaur egun, opsina terminoa erretinako kromoforoa lotzen duten G proteinei lotutako hartzaileekin erlazionatzen da, lotura horren ondorioz argiarekiko sentikorrak diren fotoerrezeptoreak bihurtzen direnean, hain zuzen ere .

Orokorra 

Errodopsina makil zelulen kanpoko diskoetan aurkitzen den proteina da. Ikusmen eskotopikoa, argi maila baxua deneko ikusmen mota, kontrolatzen du . Errodopsinak argi berde-urdina (~500nm) xurgatzen du gehienbat, eta hori dela eta ikusten dugu guk more-gorrixka moduan.

Errodopsinarekin erlazionatuta dauden beste opsina batzuk, aminoazido batzuetan eta indar handiagoz xurgatzen dituzten argiaren uhin luzeretan ezberdintzen dira. Gizakiok, bederatzi opsina ezberdin ditugu, errodopsina barne, baita kriptokromoa ere (argiarekiko sentikorra baina opsina ez den flaboproteina da) .

Egitura 

Errodopsina, beste opsinak bezala, G-proteinekin parekatutako hartzailea da (GPCR). GPCRak zelula-mintzen geruza bilipidikoan aurkitzen diren kimiohartzaileak dira. Mintz arteko zazpi domeinu intrazelular dituzte, ligando lotzeko lotura-poltsiko bat osatzen dutenak. Errodopsinaren ligandoa A-bitaminan oinarritutako 11-cis-retinala kromoforoa da, zeinek GPCR-aren zazpigarren domeinuaren lisina erresiduo bati kobalenteki lotuta dagoen (Lys296), Schiff-base baten bitartez. Lotura mota dela eta, ligandoa mintzarekiko era horizontalean aurkitzen da. Hala ere, 11-zis-erretinalak lotura-poltsikoa estaltzeaz arduratzen da bakarrik. Aktibazioa gerta dadin, 11-zis-erretinalak argi fotoi bat xurgatu behar du, isomerizazio prozesu bat jasanez, trans-retinalean bihurtzen delarik . Behin ligando aktiboa poltsiko katalitikoan sartuta, hartzailea egitura aktiboa hartzeko ahalmena dauka,  konformazio aldaketa bat jasanez eta aldaketa fototransdukzio ur-jauzi bat sortuz . Prozesu honen bidez, hasieran kimiohartzailea zena fotohartzaile batean bihurtzen da, bere aktibaziorako behar den fotoien medioz.

Erretinara lotzeko lisina oso kontserbatuta egon ohi da, ia opsina guztiek aurkezten baitute. Arraroa den arren, opsina gutxik galdu dute eboluzioaren poderioz , baina ez dira argiarekiko sentikorrak . Mutazio baten eraginez lisina lotura galtzen denean, erretinitis pigmentosa gaixotasun genetiko autosomiko dominantea bat eratu daiteke . Artifizialki, erretinako lotura-lisina beste posizio batzuetara alda daiteke, baita mintzaren beste eremu batzuetara ere, honek daukan jarduera aldatu gabe.

Errodopsina era konstitutiboan (etengabe) ekoizten da argirik erabili gabe, eboluzioan zehar gertatu den mutazio baten ondorioz . Era berean, errodopsina mota-basatiak 11-zis-retinal bat lotuta ez daukatenean konstitutiboki aktiboak daude, aktibitate hau txikiagoa izan arren. Hau dela eta, 11-zis-retinala alderantzizko agonista dela esan daiteke. 

Abereen errodopsina 348 aminoazidoz osatuta dago, erretinara lotzeko lisina Lys 296 izanda. Hori, aminoazido sekuentzia  eta 3D-egitura zehaztu zitzaizkion lehen opsina izan zen . Egitura zehaztasunez aztertu da, X-izpien kristalografia bidez. Hainbat modelo (hala nola, bizikleta-pedal mekanismoa eta hula-twist mekanismoa) saiatzen dira azaltzen nola erretina-taldeak bere egitura alda dezakeen errodopsina proteinaren poltsiko inguratzailearekin talka egin gabe .

Duela gutxiko informazioaren arabera, errodopsina monomero funtzional bat da, dimero bat izan beharrean. Urte askotan, G-proteinekin lotutako hartzaileen paradigma izan zena .

Fototransdukzioa 
Errodopsina G-proteinari loturiko beharrezko hartzailea da fototransdukzioan.

Aktibazioa 

Errodopsinan, erretinako aldehido taldea kobalenteki lotuta dago Schiff base protonizatu bateko lisina hondar baten amino taldearekin (-NH+ = CH-) . Errodopsinak argia xurgatzen duenean, bere erretina-kofaktorea 11-cis-etik guztizko-trans konfiguraziora isomerizatzen da, eta proteinak, ondoren, erlaxazio batzuk jasaten ditu kofaktore isomeratuaren forma aldatua egokitzeko. Prozesu honetan sortutako bitartekariak George Wald-en laborategian ikertu ziren lehen aldiz, zeinak ikerketa honen Nobel saria jaso zuen 1967an . Ondoren, fotoisomerizazio dinamika IR espektroskopiarekin eta UV/Vis espektroskopiarekin ikertu izan da. Fotoerrodopsina izeneko lehen fotoproduktua irradiazioaren ondorengo 200 femtosegundutan sortzen da, eta jarraian, pikosegunduetan batoerrodopsina izenekoa guztizko-trans lotura distortsionatuekin. Bitartekari hau tenperatura kriogenikoetan harrapatua eta aztertua izan daiteke, eta hasieran prelumierredopsina izenekoa zen . Geroagoko bitartekarietan, lumierredopsina eta metaerredopsina I, Schiff basearen lotura guztizko-trans  erretina-hondarrekin protonizatua ematen da, eta proteinak bere kolore gorrixka mantentzen du. Kitzikapen neuronalari hasiera ematen dion aldaketa kritikoak metaerrodopsina I metaerrodopsina II-ra bihurtzea dakar, Schiff basearen deprotonazioarekin eta kolore aldaketa gorritik horira igarotzearekin lotzen dena .

Fototransdukzio ur-jauzia 

Metaerrodopsina II, argi aktibazioaren produktua dena, G-proteina transduzina (Gt) estimulatuz  fototransdukzio bisualeko bigarren mezulariaren bidezidorra aktibatzen du, α subunitatearen askapena emanez. GTPrekin lotutako azpiunitate honek, aldi berean, cGMP fosfodiesterasa aktibatzen du. cGMP fosfodiesterasak eragindako hidrolizazio prozesu baten bitartez, cGMP degradatzen da eta, ondorioz, honen kontzentrazio maila txikitzen doa, cGMP-aren menpeko katioi kanalen inhibizioa eraginez. Horrek, zelula fotohartzaileen hiperpolarizazioa dakar, transmisoreak askatzen dituzten abiadura aldatuz.

Inhibizioa 
Metaerrodopsina II (Meta II) desaktibazio azkarra jasaten du, errodopsina kinasaren eta arrestinaren bidez aktibatutako transdukzioa gertatu ondoren . Fototransdukzioa berriro gertatzeko errodopsina pigmentua birsortu behar da. Honek, trans-erretinal guztien ordezkaketa 11-cis-erretinalarekin eta Meta II.aren murrizketa funtsezkoak direla prozesua bideratzeko esan nahi du. Meta II-aren murrizketan, Schiff baseko lotunea, normalean trans-erretinal guztiak eta opsina apoproteina guztiak batzen dituena, hidrolizazio prozesu bat jasaten du Meta III-an bihurtuz. Makilen kanpoaldeko segmentuan, Meta III ahultzen da, trans-erretinalean eta opsinan banatuz .  Bestalde, Meta II-aren ahulketa bigarren produktu bat sortzen du, opsina trans-erretinala konplexua, zeinetan trans-erretinalak bigarren lotura-guneetara translokatu diren. Meta-II.aren ahulketaren ondorioz sortzen den produktua erreakzioaren pH-aren menpe dagoela dirudi, pH altuagoak Meta III.aren aurkako erreakzioa bultzatzen dituztelarik.

Erretinako gaixotasunak 

Errodopsina genearen mutazioak erretinako gaixotasunen eragileak izan daitezke, retinitis pigmentosa gaixotasunarekin gertatzen den moduan. Oro har, errodopsina akastuna ubikitinarekin batera agregatzen da inklusio gorputzetan, tarteko filamentu-sarea nahasiz eta disfuntzionalak diren proteinen degradazioa etenaraziz. Zelularen barnean emandako proteina ez-funtzionalen metaketa, apoptosi fotohartzailea eragiten du.  

Errodopsinako beste mutazio batzuen bidez X-lotutako sortzetiko gaueko itsutasun geldikorra izena duen gaixotasun genetikoa sortzen da, batez ere errodopsinaren aktibazio poltsikoan gertatzen diren mutazioen ondorioz gertatzen den aktibazio konstituzionala gertatzen denean.  

Errodopsinarekin zerikusia duten beste hainbat egoera patologiko aurkitu dira ere, besteak beste, Golgi ondorengo garraio urria, aktibazio deserregulatzailea, makilen kanpoaldeko segmentuaren ezegonkortasuna eta arrestina loturak.

Terapiak

A bitaminako deribatuen bidezkoa 
Erretinako degradaketa gaixotasunak heredatzen laguntzeko hainbat mekanismo patologiko aurkitu dira. Horien artean, 11-zis-erretinalen eraketaren atzerapen handia eta trans-erretinalen degradazioan gertatutako atzerapena aurkitu daitezke. Mekanismo hauek, azpiproduktu erretinoide kaltegarrien metaketa dakarte, ikusmenaren gaitasuna degradatuz. 

Azken hamarkadan, lanean zehar deribatu erretinoideoekin egindako esperimentuak argitaratu dira. Hauen helburua, ikusmen-ziklo hondatuak eragindakoa erretinako endekapenezko gaixotasunetarako tratamenduak garatzea da. Esperimentuan, erretinalamina bidezko tratamenduekin arratoietan gertatutako hobekuntza adierazten da, dena den tratamendua argiaren bidezko kalteak gerta baino lehen egin behar dela zehazten da (3h lehenago).

Gene terapia 
Azken urteetan, erretina-geneen terapiaren segurtasuna bermatu da, neurri batean behintzat. Hau, entsegu klinikoetan eta animalia-ereduen bidez testatuz, dakarren abantailak eta desabantailak aztertu dira. 

Terapia genikoak, gaixo bakoitzeko progresioaren karakterizazioa eta kausa genetikoa ulertzea eskatzen du. Terapia genikoak testatzeko, giza gaixotasunaren ezaugarri nagusiak laburbiltzen dituen animalia-eredu bat behar izan ohi da. Hala ere, gaixoen ama zeluletatik sortuako fotohartzaileek eta erretina-pigmentuen bidez egindako test-sistema, beste hautabide bat izan daiteke erretina-genearen terapiarako. Terapia genikoak bideratze-sistema bat ere behar du, gene terapeutikoa zelula-mota egokian sartzeko eta ehunean nahi gabeko kalterik ez eragiteko bidea sortu dadin. Begian aztertzen ari diren egungo sistemak nanopartikulak, lentibirus pseudotipatuak eta hainbat serotipo motatako adeno-birusa (AAV) dira.

Erreferentziak

Kanpo estekak 

3. kromosomako giza geneak
Pigmentu biologikoak
Begia
G proteina errezeptore akoplatuak
Zentzumen-hartzaileak