La transducina (G t ) es una proteína expresada de forma natural en los bastones y conos de la retina de vertebrados y es muy importante en la fototransducción de vertebrados . Es un tipo de proteína G heterotrimérica con diferentes subunidades α en los fotorreceptores de bastones y conos. [1]
La luz provoca cambios conformacionales en la rodopsina , que a su vez provocan la activación de la transducina. La transducina activa la fosfodiesterasa , lo que provoca la descomposición del guanosín monofosfato cíclico (cGMP). La intensidad de la respuesta del destello es directamente proporcional a la cantidad de transducina activada.
La transducina es activada por la metarrodopsina II , un cambio conformacional en la rodopsina causado por la absorción de un fotón por la fracción de rodopsina retinal . [2] [3] La luz causa la isomerización de retinal de 11- cis a todo -trans . La isomerización causa un cambio en la opsina para convertirse en metarrodopsina II. Cuando la metarrodopsina activa la transducina, el difosfato de guanosina (GDP) unido a la subunidad α (T α ) se intercambia por trifosfato de guanosina (GTP) del citoplasma. La subunidad α se disocia de las subunidades βγ (T βγ ). La subunidad α de la transducina activada activa la cGMP fosfodiesterasa . [4] La cGMP fosfodiesterasa descompone cGMP, un segundo mensajero intracelular que abre canales de cationes regulados por cGMP. La fosfodiesterasa hidroliza el cGMP a 5'-GMP . La disminución de la concentración de cGMP conduce a una menor apertura de los canales catiónicos y, posteriormente, a una hiperpolarización del potencial de membrana .
La transducina se desactiva cuando el GTP unido a la subunidad α se hidroliza a GDP. Este proceso se acelera mediante un complejo que contiene una proteína RGS ( regulador de la señalización de la proteína G ) y la subunidad gamma del efector, la fosfodiesterasa GMP cíclica.
La subunidad T α de la transducina contiene tres dominios funcionales: uno para la interacción rodopsina/T βγ , uno para la unión de GTP y el último para la activación de la fosfodiesterasa cGMP.
Existen diferentes isoformas de T α, que se observan en las células de los conos y bastones. Sin embargo, las isoformas exhiben intercambiabilidad funcional en la cascada de fototransducción y no deberían explicar únicamente las diferencias en la sensibilidad a la luz. [5] Aunque el foco de la fototransducción está en T α , T βγ es crucial para que la rodopsina se una a la transducina. [6] [7] El dominio de unión de rodopsina/T βγ contiene el terminal amino y carboxilo de T α . El terminal amino es el sitio de interacción para la rodopsina mientras que el terminal carboxilo es el de la unión de T βγ . El terminal amino puede estar anclado o en estrecha proximidad al terminal carboxilo para la activación de la molécula de transducina por la rodopsina. [8]
La interacción con la rodopsina fotolizada abre el sitio de unión de GTP para permitir un intercambio rápido de GDP por GTP. El sitio de unión está en la conformación cerrada en ausencia de rodopsina fotolizada. Normalmente, en la conformación cerrada, una hélice α ubicada cerca del sitio de unión está en una posición que impide el intercambio de GTP/GDP. Un cambio conformacional de la T α por la rodopsina fotolizada hace que la hélice se incline, abriendo el sitio de unión de GTP.
Una vez que el GTP se ha intercambiado por GDP, el complejo GTP-T α sufre dos cambios importantes: disociación de la rodopsina fotolizada y la subunidad T βγ y exposición del sitio de unión de la fosfodiesterasa (PDE) para la interacción con la PDE latente. Los cambios conformacionales iniciados en la transducina por la unión del GTP se transmiten al sitio de unión de la PDE y hacen que quede expuesto para la unión a la PDE. Los cambios conformacionales inducidos por el GTP también podrían alterar el sitio de unión de la rodopsina/T βγ y conducir a la disociación del complejo GTP-T α . [8]
Una suposición subyacente para las proteínas G es que las subunidades α, β y γ están presentes en la misma concentración. Sin embargo, hay evidencia de que hay más T β y T γ que T α en los segmentos externos de los bastones (ROS). [9] Se ha concluido que el exceso de T β y T γ flota libremente en los ROS, aunque no se puede asociar con la T α en un momento dado. Una posible explicación para el exceso de T βγ es una mayor disponibilidad para que la T α se vuelva a unir. Dado que la T βγ es crucial para la unión de la transducina, la readquisición de la conformación heterotrimérica podría conducir a una unión más rápida a otra molécula de GTP y, por lo tanto, a una fototransducción más rápida. [9]
Aunque se ha mencionado que T βγ es crucial para la unión de T α a la rodopsina, también hay evidencia de que T βγ puede tener un papel crucial, posiblemente directo, en el intercambio de nucleótidos de lo que se pensaba anteriormente. Se descubrió que la rodopsina causa específicamente un cambio conformacional en el terminal carboxilo de la subunidad T γ . Este cambio, en última instancia, regula el intercambio de nucleótidos alostérico en T α . Este dominio podría servir como un área principal para interacciones con la rodopsina y para que la rodopsina regule el intercambio de nucleótidos en T α . Se pensaba que la activación de la transducina de la proteína G por la rodopsina se realizaba mediante el mecanismo de palanca. [10] [11] La unión de la rodopsina causa la formación de una hélice en el terminal carboxilo en T γ y acerca los terminales carboxilo de T γ y T α para facilitar el intercambio de nucleótidos. La T α puede acelerar la tasa de activación de la proteína quinasa A inducida por luz apagada debido a la unión a la rodopsina . [12] Además, la transducina logra una activación funcional completa al unirse a la rodopsina activada . [13]
Las mutaciones en este dominio anulan la interacción rodopsina-transducina. Este cambio conformacional en la proteína T γ puede estar preservado en la familia de subunidades γ de la proteína G. [7]
La activación de la transducina finalmente da como resultado la estimulación de la molécula efectora biológica cGMP fosfodiesterasa, un oligómero con subunidades α, β y dos subunidades γ inhibidoras. [14] Las subunidades α y β son las subunidades de mayor peso molecular y constituyen la fracción catalítica de la PDE.
En el sistema de fototransducción, la T α unida a GTP se une a la subunidad γ de la PDE. Existen dos mecanismos propuestos para la activación de la PDE. El primero propone que la T α unida a GTP libera la subunidad γ de la PDE de las subunidades catalíticas para activar la hidrólisis. [15] El segundo mecanismo más probable propone que la unión causa un cambio de posición de la subunidad γ, lo que permite una mejor accesibilidad de la subunidad catalítica para la hidrólisis de cGMP. La actividad GTPasa de la T α hidroliza el GTP a GDP y cambia la conformación de la subunidad T α , lo que aumenta su afinidad para unirse a las subunidades α y β en la PDE. La unión de la T α a estas subunidades más grandes da como resultado otro cambio conformacional en la PDE e inhibe la capacidad de hidrólisis de la subunidad catalítica. Este sitio de unión en la subunidad molecular más grande puede estar inmediatamente adyacente al sitio de unión T α en la subunidad γ. [15]
Aunque el mecanismo tradicional implica la activación de PDE por T α unida a GTP , también se ha demostrado que la T α unida a GDP tiene la capacidad de activar PDE. Los experimentos de activación de PDE en la oscuridad (sin la presencia de GTP) muestran una activación de PDE pequeña pero reproducible. [16] Esto se puede explicar por la activación de PDE por T α unida a GDP libre . Sin embargo, la afinidad de la subunidad γ de PDE por T α unida a GDP parece ser aproximadamente 100 veces menor que por T α unida a GTP . [17] El mecanismo por el cual T α unida a GDP activa PDE sigue siendo desconocido, sin embargo, se especula que es similar a la activación de PDE por T α unida a GTP . [16]
Para evitar la activación de la PDE en la oscuridad, la concentración de T α unida al GDP debe mantenerse al mínimo. Esta tarea parece recaer en la T βγ, que debe mantener la T α unida al GDP unida en forma de holotransducina. [16]
Para la desactivación, la hidrólisis del GTP unido por la T α es necesaria para la desactivación de T α y el retorno de la transducina a su forma basal. Sin embargo, la simple hidrólisis de GTP puede no ser necesariamente suficiente para desactivar la PDE. La T βγ entra en juego aquí nuevamente con un papel importante en la desactivación de la PDE. [16] La adición de T βγ facilita la inhibición de la fracción catalítica de la PDE porque se une al complejo T α -GTP. La forma reasociada de la transducina ya no puede unirse a la PDE. Esto libera a la PDE para que se vuelva a acoplar a la rodopsina fotolizada y regrese a la PDE a su estado inicial para esperar la activación por otra T α unida a GTP . [15]
