La transducina (G t ) es una proteína expresada naturalmente en los conos y bastones de la retina de los vertebrados y es muy importante en la fototransducción de los vertebrados . Es un tipo de proteína G heterotrimérica con diferentes subunidades α en fotorreceptores de conos y bastones. [1]
La luz provoca cambios conformacionales en la rodopsina , que a su vez conduce a la activación de la transducina. La transducina activa la fosfodiesterasa , lo que resulta en la degradación del monofosfato de guanosina cíclico (cGMP). La intensidad de la respuesta del flash es directamente proporcional al número de transducina activadas.
La transducina es activada por la metarrodopsina II , un cambio conformacional en la rodopsina causado por la absorción de un fotón por la fracción retiniana de rodopsina . [2] [3] La luz provoca la isomerización de la retina de 11- cis a totalmente trans . La isomerización provoca un cambio en la opsina para convertirse en metarodopsina 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 transducina activada activa la fosfodiesterasa cGMP ". [4] La fosfodiesterasa de cGMP descompone el cGMP, un segundo mensajero intracelular que abre canales catiónicos activados por cGMP. "La fosfodiesterasa hidroliza cGMP a 5'-GMP" . La disminución de la concentración de cGMP conduce a una disminución de la apertura de los canales catiónicos y, posteriormente, a la 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 ( reguladora 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 , otro para la unión de GTP y el último para la activación de la fosfodiesterasa de cGMP.
Aunque el foco de la fototransducción está en T α , T βγ es crucial para que la rodopsina se una a la transducina. [5] [6] El dominio de unión rodopsina/T βγ contiene los terminales amino y carboxilo de T α . El amino terminal es el sitio de interacción de la rodopsina, mientras que el carboxilo terminal es el de unión a T βγ . El terminal amino podría estar anclado o muy cerca del terminal carboxilo para la activación de la molécula de transducina por la rodopsina. [7]
La interacción con la rodopsina fotolizada abre el sitio de unión de GTP para permitir un rápido intercambio de GDP por GTP. El sitio de unión tiene una 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 dificulta el intercambio GTP/GDP. Un cambio conformacional de la T α por la rodopsina fotolizada provoca la inclinación de la hélice, abriendo el sitio de unión de GTP.
Una vez que se ha intercambiado GTP 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 mediante la unión de GTP se transmiten al sitio de unión de la PDE y hacen que quede expuesto para unirse a la PDE. Los cambios conformacionales inducidos por GTP también podrían alterar el sitio de unión de rodopsina/T βγ y conducir a la disociación del complejo GTP-T α . [7]
Una suposición subyacente para las proteínas G es que las subunidades α, β y γ están presentes en la misma concentración. Sin embargo, existe evidencia de que hay más T β y T γ que T α en los segmentos externos de los bastones (ROS). [8] Se ha llegado a la conclusión de que el exceso de T β y T γ flota libremente en el ROS, aunque no puede asociarse con el T α en un momento dado. Una posible explicación para el exceso de T βγ es una mayor disponibilidad de T α para volver a unirse. Dado que 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 tanto, a una fototransducción más rápida. [8]
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 regula en última instancia el intercambio alostérico de nucleótidos en la T α . Este dominio podría servir como un área importante para las interacciones con la rodopsina y para que la rodopsina regule el intercambio de nucleótidos en la T α . Se pensaba que la activación de la proteína G transducina por la rodopsina se producía mediante el mecanismo de palanca. [9] [10] La unión de rodopsina provoca la formación de hélice en el terminal carboxilo de la T γ y trae la T γ carboxilo y la T α . Terminales carboxilo más juntas para facilitar el intercambio de nucleótidos.
Las mutaciones en este dominio anulan la interacción rodopsina-transducina. Este cambio conformacional en T γ puede conservarse en la familia de subunidades γ de la proteína G. [6]
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. [11] 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. Hay dos mecanismos propuestos para la activación de la PDE. El primero propone que la T α unida a GTP libere la subunidad γ de PDE de las subunidades catalíticas para activar la hidrólisis. [12] El segundo mecanismo más probable propone que la unión provoca un cambio posicional de la subunidad γ, lo que permite una mejor accesibilidad de la subunidad catalítica para la hidrólisis de cGMP. La actividad GTPasa de T α hidroliza GTP a GDP y cambia la conformación de la subunidad T α , aumentando su afinidad para unirse a las subunidades α y β en la PDE. La unión de 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. [12]
Aunque el mecanismo tradicional implica la activación de la PDE por la T α unida a GTP, también se ha demostrado que la T α unida a GDP tiene la capacidad de activar la PDE. Los experimentos de activación de PDE en la oscuridad (sin presencia de GTP) muestran una activación de PDE pequeña pero reproducible. [13] Esto puede explicarse por la activación de la PDE por el T α libre unido al PIB . Sin embargo, la afinidad de la subunidad PDE γ por T α unida a GDP parece ser aproximadamente 100 veces menor que para la T α unida a GTP . [14] El mecanismo por el cual T α unido a GDP activa la PDE sigue siendo desconocido; sin embargo, se especula que es similar a la activación de PDE por T α unido a GTP . [13]
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 para mantener la T α unida al PIB unida en forma de holotransducina. [13]
Para la desactivación, la hidrólisis del GTP unido por T α es necesaria para la desactivación de T α y el retorno de la transducina a su estado basal. Sin embargo, la simple hidrólisis de GTP puede no ser necesariamente suficiente para desactivar la PDE. La T βγ vuelve a entrar en juego con un papel importante en la desactivación de la PDE. [13] La adición de T βγ facilita la inhibición de la fracción catalítica PDE porque se une al complejo T α -GTP. La forma reasociada de transducina ya no puede unirse a la PDE. Esto libera a la PDE para que se reacople a la rodopsina fotolizada y devuelva la PDE a su estado inicial en espera de la activación por otro T α unido a GTP . [12]
