OPN1LW

OPN1LW
Dostępne konstrukcje WPB Wyszukiwanie ortologów: Lista kodów identyfikacyjnych PDB
Identyfikatory
	, CBBM, CBP, COD5, RCP, ROP, opsyna 1 (pigmenty stożkowe), czułość na fale długie, opsyna 1, czułość na fale długie
Identyfikatory zewnętrzne
Lokalizacja genu ( człowiek ) Chr. Zespół Początek Koniec
Lokalizacja genu ( mysz ) Chr. Zespół Początek Koniec
Wzór ekspresji RNA Błagam Człowiek Mysz (ortolog) BioGPS
Ontologia genów Funkcja molekularna Komponent komórkowy Proces biologiczny Źródła: Amigo / QuickGO
ortologi Gatunek Człowiek Mysz Entrez Ensembl UniProt RefSeq (mRNA) RefSeq (białko) Lokalizacja (UCSC) PubMed search
Wikidane
Wyświetl/edytuj człowieka Wyświetl/edytuj mysz

OPN1LW to gen na chromosomie X, który koduje opsynę wrażliwą na długie fale (LWS) lub fotopigment czopków czerwonych . Odpowiada za postrzeganie światła widzialnego w zakresie żółto-zielonym na widmie widzialnym (około 500-570nm). Gen zawiera 6 eksonów ze zmiennością, która indukuje przesunięcia w zakresie widmowym. OPN1LW podlega rekombinacji homologicznej z OPN1MW, ponieważ oba mają bardzo podobne sekwencje. Te rekombinacje mogą prowadzić do różnych problemów ze wzrokiem, takich jak ślepota na kolory czerwono-zielone i monochromia koloru niebieskiego. Kodowane białko to a Receptor sprzężony z białkiem G z wbudowanym 11- cis -retinalem , którego wzbudzenie światłem powoduje zmianę konformacyjną cis-trans, która rozpoczyna proces chemicznej sygnalizacji w mózgu.

Gen

OPN1LW wytwarza opsynę wrażliwą na czerwień, podczas gdy jej odpowiedniki, OPN1MW i OPN1SW , wytwarzają odpowiednio opsynę wrażliwą na zieleń i wrażliwą na błękit. OPN1LW i OPN1MW znajdują się na chromosomie X w pozycji Xq28. Znajdują się one w układzie tandemowym , składającym się z pojedynczego genu OPN1LW, po którym następuje jeden lub więcej genów OPN1MW. Region kontrolny locus (LCR; OPSIN-LCR ) reguluje ekspresję obu genów, przy czym tylko gen OPN1LW i pobliskie sąsiednie geny OPN1MW ulegają ekspresji i przyczyniają się do fenotypu widzenia kolorów. LCR nie może sięgać dalej niż pierwszy lub drugi gen OPN1MW w macierzy. Niewielka różnica w widmach absorpcji OPN1LW i OPN1MW wynika z kilku różnic aminokwasowych między dwoma bardzo podobnymi genami.

eksony

OPN1LW i OPN1MW mają po sześć eksonów . Dymorfizmy aminokwasowe w eksonie 5 w pozycjach 277 i 285 mają największy wpływ na obserwowane różnice widmowe między pigmentami LWS i MWS. Istnieją 3 zmiany aminokwasów w eksonie 5 dla OPN1LW i OPN1MW, które przyczyniają się do przesunięcia widmowego obserwowanego między ich odpowiednią opsyną: OPN1MW ma fenyloalaninę w pozycjach 277 i 309 oraz alaninę w pozycji 285; OPN1LW mają tyrozynę w pozycji 277 i 309 oraz treoninę w pozycji 285. Tożsamość aminokwasów w tych pozycjach w eksonie 5 jest tym, co określa gen jako należący do klasy M lub klasy L. W eksonie 3 w pozycji 180 oba geny mogą zawierać serynę lub alaninę, ale obecność seryny powoduje większą wrażliwość na długości fali, co jest brane pod uwagę przy tworzeniu funkcji dopasowywania kolorów . Ekson 4 ma dwie pozycje strojenia widmowego: 230 dla izoleucyny (dłuższa długość fali szczytowej) lub treoniny oraz 233 dla alaniny (dłuższa długość fali szczytowej) lub seryny.

Rekombinacja homologiczna

Układ OPN1LW i OPN1MW, a także duże podobieństwo tych dwóch genów, pozwala na częstą rekombinację między nimi. Nierówna rekombinacja między żeńskimi chromosomami X podczas mejozy jest główną przyczyną zróżnicowanej liczby genów OPN1LW i genów OPN1MW u poszczególnych osób, a także jest przyczyną dziedzicznych wad widzenia barw. Zdarzenia rekombinacji zwykle rozpoczynają się od niedopasowania genu OPN1LW z genem OPN1MW, po którym następuje pewien typ krzyżowania, co może skutkować wieloma różnymi nieprawidłowościami genów. Krzyżowanie w regionach między genami OPN1LW i OPN1MW może wytwarzać produkty chromosomowe z dodatkowymi genami OPN1LW lub OPN1MW na jednym chromosomie i zredukowanymi genami OPN1LW lub OPN1MW na drugim chromosomie. Jeśli nastąpi krzyżowanie w źle ustawionych genach OPN1LW i OPN1MW, wówczas na każdym chromosomie zostanie wyprodukowana nowa macierz składająca się tylko z częściowych fragmentów dwóch genów. Spowodowałoby to zaburzenia widzenia kolorów, gdyby którykolwiek z chromosomów został przekazany potomstwu płci męskiej.

Białko

Opsyna LWS typu I jest białkiem receptora sprzężonego z białkiem G (GPCR) z osadzonym 11- cis retinalem . Jest to białko transbłonowe , które ma siedem domen błonowych, z N-końcem będącym zewnątrzkomórkowym i C-końcowym cytoplazmatycznym. Pigment LWS ma maksymalną absorpcję około 564 nm, z zakresem absorpcji około 500-570 nm. Ta opsyna jest znana jako opsyna czerwona, ponieważ jest najbardziej wrażliwa na światło czerwone spośród trzech typów czopków opsyny, a nie dlatego, że jej szczytowa czułość dotyczy światła czerwonego. Szczytowa absorpcja przy 564 nm faktycznie przypada na żółto-zieloną część widmo światła widzialnego . Kiedy białko wchodzi w kontakt ze światłem o długości fali mieszczącej się w jego zakresie widmowym, chromofor 11- cis -retinalu zostaje wzbudzony. Ilość energii w świetle rozrywa wiązanie pi , które utrzymuje chromofor w jego konfiguracji cis, co powoduje fotoizomeryzację i przejście do konfiguracji trans. Ta zmiana jest tym, co rozpoczyna sekwencję reakcji chemicznych odpowiedzialnych za przekazanie sygnału stożka LWS do mózgu.

Funkcjonować

Opsyna LWS znajduje się w dyskach zewnętrznego segmentu komórek czopków LWS, które pośredniczą w widzeniu fotopowym wraz z czopkami MWS i SWS. Reprezentacja czopków w siatkówce jest znacznie mniejsza niż reprezentacja pręcików, przy czym większość czopków jest zlokalizowana w dołku . Kiedy światło w zakresie widmowym opsyny LWS dociera do siatkówki, chromofor 11- cis -retinalu w białku opsyny zostaje wzbudzony. To wzbudzenie powoduje zmianę konformacyjną w białku i wyzwala szereg reakcji chemicznych. Ta seria reakcji przechodzi z komórek stożkowych LWS do komórki poziome , komórki dwubiegunowe , komórki amakrynowe i wreszcie komórki zwojowe przed przejściem do mózgu przez nerw wzrokowy . Komórki zwojowe kompilują sygnał z czopków LWS ze wszystkimi innymi sygnałami czopków, które wystąpiły w odpowiedzi na widziane światło, i przekazują ogólny sygnał do nerwu wzrokowego. Same czopki nie przetwarzają koloru, to mózg decyduje, jaki kolor jest widziany przez kombinację sygnałów, które otrzymuje z komórek zwojowych.

Historia ewolucyjna

Zanim ludzie ewoluowali, by być gatunkiem trójchromatycznym , nasz wzrok był dwuchromatyczny i składał się tylko z genów OPN1LW i OPN1SW. Uważa się, że OPN1LW przeszedł zdarzenie duplikacji, które doprowadziło do powstania dodatkowej kopii genu, który następnie ewoluował niezależnie, by stać się OPN1MW. OPN1LW i OPN1MW mają prawie wszystkie wspólne sekwencje DNA, podczas gdy OPN1LW i OPN1SW mają mniej niż połowę, co sugeruje, że geny długofalowe i średniofalowe oddzieliły się od siebie znacznie później niż w przypadku OPN1SW. Pojawienie się OPN1MW jest bezpośrednio związane z ewolucją dichromacji do trichromacji. Obecność zarówno opsyn LSW, jak i MSW poprawia czas rozpoznawania kolorów, zapamiętywanie kolorowych obiektów i dyskryminację zależną od odległości, dając organizmom trichromatycznym przewagę ewolucyjną nad organizmami dichromatycznymi podczas poszukiwania źródeł pożywienia bogatych w składniki odżywcze. Pigmenty stożkowe są produktem przodków pigmentów wizualnych, które składały się tylko z komórek stożkowych i nie komórki pręcikowe . Te rodowe czopki ewoluowały, by stać się komórkami czopków, które znamy dzisiaj (LWS, MWS, SWS), a także pręcikami.

Zaburzenia widzenia

Ślepota na barwę czerwono-zieloną

Wiele zmian genetycznych genów OPN1LW i/lub OPN1MW może powodować ślepotę barw czerwono-zieloną . Większość tych zmian genetycznych obejmuje zdarzenia rekombinacji między bardzo podobnymi genami OPN1LW i OPN1MW, co może skutkować delecją jednego lub obu tych genów. Rekombinacja może również skutkować powstaniem wielu różnych chimer OPN1LW i OPN1MW , które są genami podobnymi do oryginału, ale różniącymi się właściwościami spektralnymi. Zmiany pojedynczych par zasad w OPN1LW może również powodować ślepotę barw czerwono-zielonych, ale jest to rzadkie. Na nasilenie utraty wzroku u osoby ze daltonizmem czerwono-zielonym wpływa polimorfizm Ser180Ala.

Protanopia

Protanopia jest spowodowana wadliwą lub całkowitą utratą funkcji genu OPN1LW, powodując widzenie całkowicie zależne od OPN1MW i OPN1SW. Osoby dotknięte chorobą mają widzenie dichromatyczne, z niezdolnością do pełnego rozróżnienia koloru zielonego, żółtego i czerwonego.

Protanomalia

Protanomalia występuje, gdy częściowo funkcjonalny hybrydowy gen OPN1LW zastępuje normalny gen. Opsiny utworzone z tych genów hybrydowych mają nieprawidłowe przesunięcia widmowe, które upośledzają postrzeganie kolorów dla kolorów w widmie OPN1LW. Protanomalia jest jedną z form anomalnej trichromacji .

Monochromatyzm niebieskiego stożka

Monochromatyzm niebieskiego stożka jest spowodowany utratą funkcji zarówno OPN1LW, jak i OPN1MW. Jest to zwykle spowodowane mutacjami w LCR, które skutkowałyby brakiem ekspresji OPN1LW lub OPN1MW. Z tym upośledzeniem wzroku osoba widzi tylko kolory w spektrum opsów SWS, które mieszczą się w niebieskim zakresie światła.

Dalsza lektura

•    Applebury ML, Hargrave PA (1986). „Biologia molekularna wizualnych pigmentów”. Wizja Rez . 26 (12): 1881–95. doi : 10.1016/0042-6989(86)90115-X . PMID 3303660 . S2CID 34038855 .
•    Winderickx J, Lindsey DT, Sanocki E, Teller DY, Motulsky AG, Deeb SS (1992). „Polimorfizm czerwonego fotopigmentu leży u podstaw różnic w dopasowywaniu kolorów”. Natura . 356 (6368): 431–3. Bibcode : 1992Natur.356..431W . doi : 10.1038/356431a0 . PMID 1557123 . S2CID 4362230 .
•    Dietrich A, Korn B, Poustka A (1992). „Zakończenie mapy fizycznej Xq28: lokalizacja genu L1CAM na ludzkim chromosomie X”. Mamo. Genom . 3 (3): 168–72. doi : 10.1007/BF00352462 . PMID 1617223 . S2CID 27038539 .
•   Arveiler B, Vincent A, Mandel JL (1989). „W kierunku fizycznej mapy regionu Xq28 u człowieka: łączenie genów widzenia barwnego, G6PD i czynnika krzepnięcia VIII z regionem homologii XY”. Genomika . 4 (4): 460–71. doi : 10.1016/0888-7543(89)90269-3 . PMID 2501212 .
•    Nathans J, Thomas D, Hogness DS (1986). „Genetyka molekularna ludzkiego widzenia barw: geny kodujące pigmenty niebieski, zielony i czerwony”. nauka . 232 (4747): 193–202. Bibcode : 1986Sci...232..193N . CiteSeerX 10.1.1.461.5915 . doi : 10.1126/science.2937147 . PMID 2937147 .
•   Adams MD, Kerlavage AR, Fleischmann RD, Fuldner RA, Bult CJ, Lee NH, Kirkness EF, Weinstock KG, Gocayne JD, White O (1995). „Wstępna ocena różnorodności ludzkich genów i wzorców ekspresji na podstawie 83 milionów nukleotydów sekwencji cDNA” (PDF) . Natura . 377 (6547 Dodatek): 3–174. PMID 7566098 .
•    Li ZY, Kljavin IJ, Milam AH (1995). „Neuryty fotoreceptorów pręcików kiełkujące w barwnikowym zwyrodnieniu siatkówki” . J. Neurosci . 15 (8): 5429–38. doi : 10.1523/JNEUROSCI.15-08-05429.1995 . PMC 6577619 . PMID 7643192 .
•    Chen J, Tucker CL, Woodford B, Szél A, Lem J, Gianella-Borradori A, Simon MI, Bogenmann E (1994). „Ludzki promotor niebieskiej opsyny kieruje ekspresją transgenu w krótkofalowych czopkach i komórkach dwubiegunowych w siatkówce myszy” . proc. Natl. Acad. nauka USA . 91 (7): 2611-5. Bibcode : 1994PNAS...91.2611C ​​. doi : 10.1073/pnas.91.7.2611 . PMC43419 . _ PMID 8146162 .
•    Nathans J, Maumenee IH, Zrenner E, Sadowski B, Sharpe LT, Lewis RA, Hansen E, Rosenberg T, Schwartz M, Heckenlively JR (1993). „Heterogeniczność genetyczna wśród monochromatów z niebieskimi stożkami” . Jestem. J. Hum. Genet . 53 (5): 987–1000. PMC 1682301 . PMID 8213841 .
•    Ladekjaer-Mikkelsen AS, Rosenberg T, Jørgensen AL (1996). „Nowy mechanizm w monochromatyzmie niebieskiego stożka”. Szum. Genet . 98 (4): 403–8. doi : 10.1007/s004390050229 . PMID 8792812 . S2CID 11799731 .
•    Ferreira PA, Nakayama TA, Pak WL, Travis GH (1996). „Białko związane z cyklofiliną RanBP2 działa jako białko opiekuńcze dla czerwonej / zielonej opsyny”. Natura . 383 (6601): 637–40. Bibcode : 1996Natur.383..637F . doi : 10.1038/383637a0 . PMID 8857542 . S2CID 4304490 .
•    Voegel JJ, Heine MJ, Tini M, Vivat V, Chambon P, Gronemeyer H (1998). „Koaktywator TIF2 zawiera trzy motywy wiążące receptor jądrowy i pośredniczy w transaktywacji poprzez szlaki zależne i niezależne od wiązania CBP” . EMBO J. 17 (2): 507–19. doi : 10.1093/emboj/17.2.507 . PMC 1170401 . PMID 9430642 .
•    Zhao Z, Hewett-Emmett D, Li WH (1998). „Częsta konwersja genów między ludzkimi genami czerwonej i zielonej opsyny”. J. Mol. ewolucja _ 46 (4): 494–6. Bibcode : 1998JMolE..46..494Z . doi : 10.1007/PL00013147 . PMID 9541545 . S2CID 17082136 .
•   Nakayama TA, Zhang W, Cowan A, Kung M (1998). „Badania mutagenezy ludzkiej czerwonej opsyny: trp-281 jest niezbędny do prawidłowego fałdowania i interakcji białko-siatkówka”. Biochemia . 37 (50): 17487–94. doi : 10.1021/bi982077u . PMID 9860863 .
•   John SK, Smith JE, Aguirre GD, Milam AH (2000). „Utrata markerów molekularnych czopków w ludzkich siatkówkach z mutacją rodopsyny z barwnikowym zwyrodnieniem siatkówki”. Mol. Vis . 6 : 204–15. PMID 11063754 .
•   Ueyama H, Kuwayama S, Imai H, Tanabe S, Oda S, Nishida Y, Wada A, Shichida Y, Yamade S (2002). „Nowe mutacje zmiany sensu w genach czerwonej / zielonej opsyny we wrodzonych wadach widzenia kolorów”. Biochem. Biofiza. Rez. Komuna . 294 (2): 205–9. doi : 10.1016/S0006-291X(02)00458-8 . PMID 12051694 .
•    Fitzgerald KA, Rowe DC, Barnes BJ, Caffrey DR, Visintin A, Latz E, Monks B, Pitha PM, Golenbock DT (2003). „Sygnalizacja LPS-TLR4 do IRF-3/7 i NF-kappaB obejmuje adaptery opłat TRAM i TRIF” . J. Exp. Med . 198 (7): 1043–55. doi : 10.1084/jem.20031023 . PMC 2194210 . PMID 14517278 .
•    Długie J, Wang G, Matsuura I, He D, Liu F (2004). „Aktywacja aktywności transkrypcyjnej Smad przez białkowy inhibitor aktywowanego STAT3 (PIAS3)” . proc. Natl. Acad. nauka USA . 101 (1): 99–104. Bibcode : 2004PNAS..101...99L . doi : 10.1073/pnas.0307598100 . PMC 314145 . PMID 14691252 .