OPN1LW es un gen en el cromosoma X que codifica la opsina sensible a onda larga (LWS) , o fotopigmento de cono rojo . [5] Es responsable de la percepción de la luz visible en el rango amarillo-verde del espectro visible (alrededor de 500-570 nm). [6] [7] El gen contiene 6 exones con una 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 provocar diversos problemas de visión, como daltonismo rojo-verde y monocromía azul. [9] La proteína codificada es un receptor acoplado a proteína G con 11- cis -retinal incrustado , cuya excitación luminosa 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 sensible 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 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 visión del color. [11] El LCR no puede llegar más allá del primer o segundo gen OPN1MW de la matriz. [11] La ligera diferencia en los espectros de absorción de OPN1LW y OPN1MW se debe a unas cuantas diferencias de aminoácidos entre los dos genes muy 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 que el gen sea de clase M o 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 a la hora de realizar funciones de coincidencia de colores . [8] [12] El exón 4 tiene dos posiciones de sintonización espectral: 230 para isoleucina (longitud de onda máxima más larga) o treonina, y 233 para alanina (longitud de onda máxima 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 del número variable de genes OPN1LW y genes OPN1MW entre los individuos, además de ser la causa de deficiencias hereditarias en la visión del color. [8] Los eventos de recombinación generalmente comienzan con una 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 dentro de los genes desalineados de OPN1LW y OPN1MW, entonces se producirá una nueva matriz en cada cromosoma que constará solo de partes 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 LWS tipo I es una proteína del receptor acoplado a proteína G (GPCR) con retina 11- cis incrustada . [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 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 en 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 el 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 hacer llegar 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 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 los conos que se produjeron en respuesta a la luz vista y pasan la señal general al nervio óptico. [6] Los conos en sí no procesan el color, es el cerebro el que decide qué color se ve 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 únicamente en los genes OPN1LW y OPN1SW. [8] Se cree que OPN1LW experimentó 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 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 opsinas LSW y MSW mejora el tiempo de reconocimiento del color, la memorización de objetos coloreados y la discriminación dependiente de la distancia, dando a los organismos tricromáticos una ventaja evolutiva sobre los organismos dicromáticos cuando buscan fuentes de alimentos ricos en nutrientes. [6] Los pigmentos de los conos son el producto de pigmentos visuales ancestrales, que consistían únicamente en células de conos y no en bastones . [10] Estos conos ancestrales evolucionaron hasta 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 implican eventos de recombinación entre genes muy similares de OPN1LW y OPN1MW, que pueden resultar en la eliminación de uno o ambos genes. [9] La recombinación también puede dar como resultado la creación de muchas quimeras OPN1LW y OPN1MW diferentes , que son genes similares al original, pero que tienen propiedades espectrales diferentes. [14] Los cambios de un solo par de bases en OPN1LW también pueden provocar 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 protanopia 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 incapacidad para diferenciar completamente entre el color verde, amarillo y rojo. [8]
La protanomalía ocurre cuando un gen OPN1LW híbrido parcialmente funcional reemplaza al gen normal. [9] Las opsinas creadas a partir de estos genes híbridos tienen cambios espectrales anormales que perjudican la percepción del color en el espectro OPN1LW. [9] La protanomalía es una forma de tricromacia anómala . [8]
La monocromía del cono azul es causada por una pérdida de función tanto de OPN1LW como de OPN1MW. [9] Esto comúnmente es causado por mutaciones en el LCR, lo que daría como resultado la ausencia de expresión de OPN1LW u OPN1MW. [9] Con esta discapacidad visual, el individuo solo puede ver colores en el espectro de las opsinas SWS, que se encuentran en el rango de luz azul. [9]