OPN1LW es un gen en el cromosoma X que codifica para la opsina sensible a las ondas largas (LWS) , o fotopigmento de cono rojo . [5] Es responsable de la percepción de la luz visible en el rango amarillo-verde en el espectro visible (alrededor de 500-570 nm). [6] [7] El gen contiene 6 exones con variabilidad que induce cambios en el rango espectral. [8] OPN1LW está sujeto a recombinación homóloga con OPN1MW, ya que los dos tienen secuencias muy similares. [8] Estas recombinaciones pueden conducir a varios problemas de visión, como daltonismo rojo-verde y monocromatismo azul. [9] La proteína codificada es un receptor acoplado a proteína G con 11- cis -retinal incrustado , cuya excitación lumínica provoca un cambio conformacional cis-trans que inicia el proceso de señalización química al cerebro. [10]
OPN1LW produce opsina sensible al rojo, mientras que sus contrapartes, OPN1MW y OPN1SW , producen opsina sensible al verde y al azul respectivamente. [7] OPN1LW y OPN1MW están en el cromosoma X en la posición Xq28. [11] Están en una matriz en tándem , compuesta por un solo gen OPN1LW que es seguido por uno o más genes OPN1MW. [11] La región de control del locus (LCR; OPSIN-LCR) regula la expresión de ambos genes, y solo el gen OPN1LW y los genes OPN1MW adyacentes cercanos se expresan y contribuyen al fenotipo de la visión del color. [11] La LCR no puede llegar más allá del primer o segundo gen OPN1MW en la matriz. [11] La ligera diferencia en los espectros de absorción de OPN1LW y OPN1MW se debe a un puñado de diferencias de aminoácidos entre los dos genes altamente similares. [8]
OPN1LW y OPN1MW tienen seis exones . [8] Los dimorfismos de aminoácidos en el exón 5 en las posiciones 277 y 285 son los más influyentes en las diferencias espectrales observadas entre los pigmentos LWS y MWS. [8] Hay 3 cambios de aminoácidos en el exón 5 para OPN1LW y OPN1MW que contribuyen al cambio espectral observado entre sus respectivas opsinas: OPN1MW tiene fenilalanina en las posiciones 277 y 309, y alanina en 285; OPN1LW tiene tirosina en las posiciones 277 y 309, y treonina en la posición 285. [8] La identidad de los aminoácidos en estas posiciones en el exón 5 es lo que determina si el gen es de clase M o de clase L. [8] En el exón 3 en la posición 180 ambos genes pueden contener serina o alanina, pero la presencia de serina produce una sensibilidad a la longitud de onda más larga, una consideración en la realización de funciones de coincidencia de colores . [8] [12] El exón 4 tiene dos posiciones de ajuste espectral: 230 para isoleucina (longitud de onda de pico más larga) o treonina, y 233 para alanina (longitud de onda de pico más larga) o serina. [8]
La disposición de OPN1LW y OPN1MW, así como la alta similitud de los dos genes, permite una recombinación frecuente entre los dos. [8] La recombinación desigual entre los cromosomas X femeninos durante la meiosis es la causa principal de la cantidad variable de genes OPN1LW y genes OPN1MW entre individuos, además de ser la causa de las deficiencias hereditarias de la visión del color. [8] Los eventos de recombinación generalmente comienzan con la desalineación de un gen OPN1LW con un gen OPN1MW y son seguidos por un cierto tipo de cruce, que puede resultar en muchas anomalías genéticas diferentes. El cruce en regiones entre los genes OPN1LW y OPN1MW puede producir productos cromosómicos con genes OPN1LW u OPN1MW adicionales en un cromosoma y genes OPN1LW u OPN1MW reducidos en el otro cromosoma. [8] Si se produce un cruce entre los genes desalineados de OPN1LW y OPN1MW, se producirá una nueva matriz en cada cromosoma que consistirá solo en fragmentos parciales de los dos genes. [8] Esto crearía deficiencias en la visión del color si cualquiera de los cromosomas se transmitiera a un descendiente masculino. [8]
La opsina tipo I de LWS es una proteína receptora acoplada a proteína G (GPCR) con 11- cis retinal incrustado . [11] Es una proteína transmembrana que tiene siete dominios de membrana, siendo el N-terminal extracelular y el C-terminal citoplasmático. [5] El pigmento LWS tiene una absorción máxima de aproximadamente 564 nm, con un rango de absorción de alrededor de 500-570 nm. [6] Esta opsina se conoce como la opsina roja porque es la más sensible a la luz roja de los tres tipos de opsina de cono, no porque su sensibilidad máxima sea para la luz roja. [7] La absorción máxima de 564 nm en realidad cae en la sección amarillo-verde del espectro de luz visible . [7] Cuando la proteína entra en contacto con la luz a una longitud de onda dentro de su rango espectral, el cromóforo 11- cis -retinal se excita. [10] La cantidad de energía en la luz rompe el enlace pi que mantiene al cromóforo en su configuración cis, lo que provoca la fotoisomerización y un cambio a la configuración trans. [10] Este cambio es lo que inicia la secuencia de reacción química responsable de llevar la señal del cono LWS al cerebro. [10]
La opsina LWS reside en los discos del segmento externo de las células del cono LWS, que median la visión fotópica junto con los conos MWS y SWS. [10] [13] La representación de los conos en la retina es sustancialmente más pequeña que la representación de los bastones, y la mayoría de los conos se localizan en la fóvea . [13] Cuando la luz dentro del rango espectral de la opsina LWS llega a la retina, el cromóforo 11- cis -retinal dentro de la proteína opsina se excita. [10] Esta excitación provoca un cambio conformacional en la proteína y desencadena una serie de reacciones químicas. [10] Esta serie de reacciones pasa de las células del cono LWS a las células horizontales , las células bipolares , las células amacrinas y, finalmente, las células ganglionares antes de continuar hasta el cerebro a través del nervio óptico . [10] Las células ganglionares compilan la señal de los conos LWS con todas las demás señales de cono que se produjeron en respuesta a la luz que se vio y pasan la señal general al nervio óptico. [6] Los conos por sí mismos no procesan el color, es el cerebro el que decide qué color se está viendo mediante la combinación de señales que recibe de las células ganglionares. [10]
Antes de que los humanos evolucionaran para ser una especie tricromática , nuestra visión era dicromática y consistía solo en los genes OPN1LW y OPN1SW. [8] Se cree que OPN1LW sufrió un evento de duplicación que condujo a una copia adicional del gen, que luego evolucionó de forma independiente para convertirse en OPN1MW. [8] OPN1LW y OPN1MW comparten casi todas sus secuencias de ADN, mientras que OPN1LW y OPN1SW comparten menos de la mitad, lo que sugiere que los genes de onda larga y onda media divergieron entre sí mucho más recientemente que con OPN1SW. [11] La aparición de OPN1MW está directamente asociada con la evolución de la dicromacia a la tricromacia. [6] La presencia de las opsinas LSW y MSW mejora el tiempo de reconocimiento de colores, la memorización de objetos coloreados y la discriminación dependiente de la distancia, lo que otorga a los organismos tricromáticos una ventaja evolutiva sobre los organismos dicromáticos cuando buscan fuentes de alimentos ricos en nutrientes. [6] Los pigmentos de cono son el producto de pigmentos visuales ancestrales, que consistían únicamente en células de cono y no en células de bastón . [10] Estos conos ancestrales evolucionaron para convertirse en las células de cono que conocemos hoy (LWS, MWS, SWS), así como en células de bastón. [10]
Muchos cambios genéticos de los genes OPN1LW y/o OPN1MW pueden causar daltonismo rojo-verde . [9] La mayoría de estos cambios genéticos involucran eventos de recombinación entre los genes altamente similares de OPN1LW y OPN1MW, lo que puede resultar en la eliminación de uno o ambos de estos genes. [9] La recombinación también puede resultar en la creación de muchas quimeras diferentes de OPN1LW y OPN1MW , que son genes que son similares al original, pero tienen diferentes propiedades espectrales. [14] Los cambios de un solo par de bases en OPN1LW también pueden causar daltonismo rojo-verde, pero esto es poco común. [9] La gravedad de la pérdida de visión en un individuo daltónico rojo-verde está influenciada por el polimorfismo Ser180Ala. [14]
La protanopía es causada por una pérdida total o defectuosa de la función del gen OPN1LW, lo que provoca una visión que depende completamente de OPN1MW y OPN1SW. [8] Los individuos afectados tienen visión dicromática, con la incapacidad de diferenciar completamente entre los colores verde, amarillo y rojo. [8]
La protanomalía se produce cuando un gen híbrido OPN1LW parcialmente funcional reemplaza al gen normal. [9] Las opsinas producidas a partir de estos genes híbridos tienen cambios espectrales anormales que afectan la percepción del color en el espectro OPN1LW. [9] La protanomalía es una forma de tricromacia anómala . [8]
La monocromaticidad de cono azul es causada por una pérdida de función tanto de OPN1LW como de OPN1MW. [9] Esto es causado comúnmente por mutaciones en el LCR, lo que resultaría en la falta de expresión de OPN1LW o OPN1MW. [9] Con esta discapacidad visual, el individuo solo puede ver colores en el espectro de las opsinas SWS, que caen en el rango azul de la luz. [9]