Caracterització estructural i funcional de mutants de rodopsina associats a retinosi pigmentària

Abstract

La rodopsina es el fotopigmento de los bastones, las células fotorreceptoras de la retina de los vertebrados. Esta proteína es un receptor de siete hélices transmembranales que pertenece a la familia de los receptores acoplados a proteína G (GPCR). Se han estudiado mutantes puntuales de la rodopsina relacionados con la Retinosis pigmentaria (RP), una enfermedad degenerativa progresiva de la retina, utilizando técnicas de mutagénesis dirigida y técnicas espectroscópicas. Esto ha permitido aportar nuevos conocimientos sobre el estudio de la estructura-función en la rodopsina. Hemos realizado el análisis de varias mutaciones asociadas a RP, localizadas en los diferentes dominios de la proteína: transmembranal, intradiscal y citoplasmático. Por otro lado se ha llevado a cabo un estudio detallado de diferentes mutaciones en la posición 125, asociada a RP, para aportar información precisa sobre la implicación de este residuo en la estructura y el mecanismo de activación del receptor. Mediante espectroscopia de absorción en el UV-Vis se ha determinado la capacidad de regeneración de las proteínas <br/>con el 11-cis-retinal. La capacidad de los mutantes de activar la proteína G ha sido determinada mediante espectroscopia de fluorescencia. Las mutaciones de RP G106W, G114D, P171Q y H211R provocan un mal plegamiento de las proteínas ya que impiden la regeneración con el cromóforo. Los mutantes de rodopsina M44T, R135L, V137M y L328P pueden unir 11-cis-retinal pero presentan una activación de la proteína G alterada. El conjunto de resultados obtenidos de la caracterización de los mutantes en la posición 125 situada próxima al anillo de la b-ionona indican que es clave para mantener la estructura del bolsillo de unión del cromóforo. Las sustituciones en esta posición pueden alterar la conformación óptima del bolsillo del retinal y consecuentemente la estructura y señalización del receptor. Estos resultados obtenidos a nivel molecular se discuten en relación con los procesos degenerativos de la retina observados en la RP.

Rhodopsin is the visual pigment of rod phototoreceptor cells in the vertebrate retina which mediate dim light vision. This protein is a seven transmembrane helical receptor belonging to the G-protein-coupled receptor (GPCR) superfamily. We have studied point mutations in rhodopsin associated with the retinal degenerative disease retinitis pigmentosa (RP) by using a combination of molecular biology and biophysical techniques, namely site-directed mutagenesis and spectroscopic techniques. This approach has allowed new insights into structure-function relationships in rhodopsin to be obtained. We have expressed and characterised mutations associated with RP in the different domains of the protein: transmembrane, intradiscal and cytoplasmic. In addition, a set of mutations at position 125 (site of the Leu-125-Arg RP mutation) have also been studied to further investigate the role of Leu 125 in the correct folding and function of rhodopsin. The ability of the proteins to bind 11-cis-retinal was determined by means of UV-Vis spectroscopy, and the functionality of the mutant proteins was determined from its ability to activate the G protein transducin, as measured by fluorescence spectroscopy. The RP-related mutations, G106W, G114D, P171Q and H211R cause misfolding of the mutant proteins, this resulting in impaired 11-cis-retinal binding and chromophore regeneration. Rhodopsin mutants M44T, R135L, V137M and L328P regenerated in the presence of 11-cis-retinal but its G-protein activation ability was altered. The results from the characterisation of mutants at position 125, located close to the b-ionone ring of the retinal chromophore, indicated that this position is important in maintaining the correct structure of the retinal binding-pocket. Substitutions at this position may alter the structure of the binding-pocket and, consequently, the correct structure and signalling mechanism of the receptor. The possible correlation between the molecular results obtained from the mutant proteins studied, and the clinical progression observed in patients affected by RP, is discussed.