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Rodopsina quinasa

La rodopsina quinasa ( EC 2.7.11.14, rod opsin quinasa , G-protein-coupled receptor quinasa 1 , GPCR quinasa 1 , GRK1 , opsina quinasa , opsina quinasa (fosforilante) , rodopsina quinasa (fosforilante) , RK , STK14 ) es una proteína quinasa específica de serina/treonina involucrada en la fototransducción . [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] Esta enzima cataliza la siguiente reacción química :

ATP + rodopsina ADP + fosfo-rodopsina

Las mutaciones en la rodopsina quinasa están asociadas con una forma de ceguera nocturna llamada enfermedad de Oguchi . [9]

Función y mecanismo de acción

La rodopsina quinasa es un miembro de la familia de las quinasas del receptor acoplado a la proteína G , y se denomina oficialmente quinasa del receptor acoplado a la proteína G 1, o GRK1. La rodopsina quinasa se encuentra principalmente en las células de bastón de la retina de los mamíferos, donde fosforila la rodopsina activada por la luz, un miembro de la familia de receptores acoplados a la proteína G que reconoce la luz. La rodopsina fosforilada y activada por la luz se une a la proteína arrestina para terminar la cascada de señalización activada por la luz. La GRK7 relacionada , también conocida como quinasa de opsina de cono, cumple una función similar en las células de cono de la retina que proporcionan una visión de color de alta agudeza en la fóvea . [10] La modificación postraduccional de GRK1 por farnesilación y metilación de α-carboxilo es importante para regular la capacidad de la enzima para reconocer la rodopsina en las membranas del disco del segmento externo de los bastones. [11] [12]

La arrestina-1 unida a la rodopsina impide la activación de la proteína transducina por parte de la rodopsina para desactivar por completo la fototransducción . [13] [14]

La proteína de unión al calcio, recoverina, inhibe la rodopsina quinasa de una manera gradual que mantiene la sensibilidad de la rodopsina a la luz a pesar de los grandes cambios en las condiciones de luz ambiental. Es decir, en las retinas expuestas solo a luz tenue, los niveles de calcio son altos en las células de bastón de la retina y la recoverina se une a la rodopsina quinasa e inhibe a la misma, lo que hace que la rodopsina sea extremadamente sensible a los fotones para mediar la visión con poca luz y baja agudeza; en luz brillante, los niveles de calcio en las células de bastón son bajos, por lo que la recoverina no puede unirse a la rodopsina quinasa ni inhibirla, lo que da como resultado una mayor inhibición de la señalización de la rodopsina por parte de la rodopsina quinasa/arrestina al inicio para preservar la sensibilidad visual. [15] [16]

Según un modelo propuesto, el extremo N-terminal de la rodopsina quinasa está involucrado en su propia activación. Se sugiere que una rodopsina activada se une al extremo N-terminal, que también está involucrado en la estabilización del dominio de la quinasa para inducir una conformación activa. [17]

Enfermedad ocular

La mutación de la quinasa de la rodopsina puede provocar enfermedades como la enfermedad de Oguchi y la degeneración de la retina. La enfermedad de Oguchi es una forma de ceguera nocturna estacionaria congénita (CSNB). La ceguera nocturna estacionaria congénita es causada por la incapacidad de enviar una señal desde la retina externa a la retina interna mediante moléculas de señalización. La enfermedad de Oguchi es un trastorno genético, por lo que un individuo puede heredarlo de sus padres. Los genes responsables de la enfermedad de Oguchi son SAG (que codifica arrestina) y los genes GRK1. La quinasa de la rodopsina está codificada a partir del gen GRK1, por lo que una mutación en GRK1 puede provocar la enfermedad de Oguchi. [18]

La degeneración de la retina es una forma de enfermedad de la retina causada por la muerte de las células fotorreceptoras que se encuentran en la parte posterior del ojo, la retina. La rodopsina quinasa participa directamente en la activación de la fototransducción visual por parte de la rodopsina . Los estudios han demostrado que la falta de rodopsina quinasa provocará la muerte de las células fotorreceptoras . [19] Cuando las células fotorreceptoras mueren, se desprenden de la retina y provocan la degeneración de la retina. [20]

Véase también

Referencias

  1. ^ Lorenz W, Inglese J, Palczewski K, Onorato JJ, Caron MG, Lefkowitz RJ (octubre de 1991). "La familia de las quinasas de los receptores: la estructura primaria de la quinasa de la rodopsina revela similitudes con la quinasa de los receptores beta-adrenérgicos". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 88 (19): 8715–9. Bibcode :1991PNAS...88.8715L. doi : 10.1073/pnas.88.19.8715 . PMC  52580 . PMID  1656454.
  2. ^ Benovic JL, Mayor F, Somers RL, Caron MG, Lefkowitz RJ (1986). "Fosforilación de la rodopsina dependiente de la luz por la quinasa del receptor beta-adrenérgico". Nature . 321 (6073): 869–72. Bibcode :1986Natur.321..869B. doi :10.1038/321869a0. PMID  3014340. S2CID  4346322.
  3. ^ Shichi H, Somers RL (octubre de 1978). "Fosforilación de la rodopsina dependiente de la luz. Purificación y propiedades de la rodopsina quinasa". The Journal of Biological Chemistry . 253 (19): 7040–6. doi : 10.1016/S0021-9258(17)38026-2 . PMID  690139.
  4. ^ Palczewski K, McDowell JH, Hargrave PA (octubre de 1988). "Purificación y caracterización de la rodopsina quinasa". The Journal of Biological Chemistry . 263 (28): 14067–73. doi : 10.1016/S0021-9258(18)68185-2 . PMID  2844754.
  5. ^ Weller M, Virmaux N, Mandel P (enero de 1975). "Fosforilación de la rodopsina estimulada por la luz en la retina: la presencia de una proteína quinasa específica para la rodopsina fotoblanqueada". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 72 (1): 381–5. Bibcode :1975PNAS...72..381W. doi : 10.1073/pnas.72.1.381 . PMC 432309 . PMID  164024. 
  6. ^ Cha K, Bruel C, Inglese J, Khorana HG (septiembre de 1997). "Rhodopsin kinase: expression in baculovirus-infected insect cells, and characterization of post-translational modifications" (Rodopsina quinasa: expresión en células de insectos infectadas por baculovirus y caracterización de modificaciones postraduccionales). Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 94 (20): 10577–82. Bibcode :1997PNAS...9410577C. doi : 10.1073/pnas.94.20.10577 . PMC 23407. PMID  9380677 . 
  7. ^ Khani SC, Abitbol M, Yamamoto S, Maravic-Magovcevic I, Dryja TP (agosto de 1996). "Caracterización y localización cromosómica del gen de la rodopsina quinasa humana". Genómica . 35 (3): 571–6. doi :10.1006/geno.1996.0399. PMID  8812493.
  8. ^ Willets JM, Challiss RA, Nahorski SR (diciembre de 2003). "GRK no visuales: ¿estamos viendo el panorama completo?". Tendencias en ciencias farmacológicas . 24 (12): 626–33. doi :10.1016/j.tips.2003.10.003. PMID  14654303.
  9. ^ Yamamoto S, Sippel KC, Berson EL, Dryja TP (febrero de 1997). "Defectos en el gen de la rodopsina quinasa en la forma Oguchi de ceguera nocturna estacionaria". Nature Genetics . 15 (2): 175–8. doi :10.1038/ng0297-175. PMID  9020843. S2CID  9317102.
  10. ^ Chen CK, Zhang K, Church-Kopish J, Huang W, Zhang H, Chen YJ, Frederick JM, Baehr W (diciembre de 2001). "Caracterización de GRK7 humana como una posible quinasa de opsina cónica". Molecular Vision . 7 : 305–13. PMID  11754336.
  11. ^ Inglese J, Glickman JF, Lorenz W, Caron MG, Lefkowitz RJ (enero de 1992). "Isoprenilación de una proteína quinasa. Requisito de farnesilación/metilación de alfa-carboxilo para la actividad enzimática completa de la rodopsina quinasa". The Journal of Biological Chemistry . 267 (3): 1422–5. doi : 10.1016/S0021-9258(18)45960-1 . PMID  1730692.
  12. ^ Kutuzov MA, Andreeva AV, Bennett N (diciembre de 2012). "Regulación del estado de metilación del receptor quinasa 1 acoplado a proteína G (rodopsina quinasa)". Señalización Celular . 24 (12): 2259–67. doi :10.1016/j.cellsig.2012.07.020. PMID  22846544.
  13. ^ Sakurai K, Chen J, Khani SC, Kefalov VJ (abril de 2015). "Regulación de la fototransducción de conos de mamíferos por la recoverina y la rodopsina quinasa". The Journal of Biological Chemistry . 290 (14): 9239–50. doi : 10.1074/jbc.M115.639591 . PMC 4423708 . PMID  25673692. 
  14. ^ Sakurai K, Young JE, Kefalov VJ, Khani SC (agosto de 2011). "La variación en la expresión de la quinasa de rodopsina altera la respuesta de apagado del flash tenue y la adaptación a la luz en los fotorreceptores de bastón". Oftalmología de investigación y ciencia visual . 52 (9): 6793–800. doi :10.1167/iovs.11-7158. PMC 3176010 . PMID  21474765. 
  15. ^ Chen CK, Inglese J, Lefkowitz RJ, Hurley JB (julio de 1995). "Interacción dependiente de Ca(2+) de la recoverina con la rodopsina quinasa". The Journal of Biological Chemistry . 270 (30): 18060–6. doi : 10.1074/jbc.270.30.18060 . PMID  7629115.
  16. ^ Komolov KE, Senin II, Kovaleva NA, Christoph MP, Churumova VA, Grigoriev II, Akhtar M, Philippov PP, Koch KW (julio de 2009). "Mecanismo de regulación de la rodopsina quinasa por recuperación". Revista de neuroquímica . 110 (1): 72–9. doi : 10.1111/j.1471-4159.2009.06118.x . PMID  19457073. S2CID  205620698.
  17. ^ Orban, Tivadar, et al. “Cambios inducidos por sustrato en la dinámica de la rodopsina quinasa (quinasa 1 del receptor acoplado a proteína G)”. Biochemistry , vol. 51, núm. 16, 2012, págs. 3404–3411.
  18. ^ Teke MY, Citirik M, Kabacam S, Demircan S, Alikasifoglu M (octubre de 2016). "Una nueva mutación sin sentido del gen GRK1 en la enfermedad de Oguchi". Informes de Medicina Molecular . 14 (4): 3129–33. doi : 10.3892/mmr.2016.5620 . PMC 5042745 . PMID  27511724. 
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  20. ^ Murakami Y, Notomi S, Hisatomi T, Nakazawa T, Ishibashi T, Miller JW, Vavvas DG (noviembre de 2013). "Muerte y rescate de células fotorreceptoras en desprendimiento de retina y degeneraciones". Progreso en la investigación de retina y ojos . 37 (2013): 114–40. doi :10.1016/j.preteyeres.2013.08.001. PMC 3871865. PMID  23994436 . 

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