哺乳類の円錐光伝達のリカベリンとロドプシンキナーゼによる制御

Regulation of mammalian cone phototransduction by recoverin and rhodopsin kinase.

• Keisuke Sakurai
• Jeannie Chen
• Shahrokh C Khani
• Vladimir J Kefalov

抄録

円錐体光受容体は、昼光条件下で機能し、高い時間的・空間的解像度を持つ色知覚と視覚に不可欠である。円錐体の顕著な特徴は、ロッドとは異なり、明るい光の下でも応答性を維持することです。杆体では、光は細胞内カルシウムの低下を誘発し、これは回復酵素によるロドプシンキナーゼ（GRK1）のカルシウム依存性阻害を含む光伝達に負のフィードバックを及ぼすことがよく研究されています。ロッドとコーンは、リカベビンとGRK1の同じアイソフォームを共有しており、光活性化はコーンのカルシウム低下を誘発する。しかし、カルシウムがリカバリーインとGRK1を介してコーンの光伝達に負のフィードバックを与える分子機構はよくわかっていない。ここでは、GRK1を様々なレベルで発現させたマウスやリカバテインを欠失させたマウスを用いて、この問題を検討した。その結果、GRK1はマウスのコーン光応答のタイムリーな不活性化に必要であるにもかかわらず、その発現量を徐々に増加させると、コーン光応答の回復が徐々に遅れることを示した。この驚くべき結果は、ロッドにおけるGRK1の発現を増加させることによる既知の効果とは対照的である。注目すべきは、コーン色素の約1%以上を活性化させたフラッシュでは、コーン応答の速度論は収束し、GRK1のレベルに依存しないことである。このように、明るい光の中でのマウスのコーン応答の回復は、色素のリン酸化に依存せず、光活性化された視覚色素の自然崩壊を反映している可能性が高い。また、リカバリーインは薄暗い条件下では錐体の感度を増強するが、明るい光の下では錐体の機能には寄与しないことがわかった。

Cone photoreceptors function under daylight conditions and are essential for color perception and vision with high temporal and spatial resolution. A remarkable feature of cones is that, unlike rods, they remain responsive in bright light. In rods, light triggers a decline in intracellular calcium, which exerts a well studied negative feedback on phototransduction that includes calcium-dependent inhibition of rhodopsin kinase (GRK1) by recoverin. Rods and cones share the same isoforms of recoverin and GRK1, and photoactivation also triggers a calcium decline in cones. However, the molecular mechanisms by which calcium exerts negative feedback on cone phototransduction through recoverin and GRK1 are not well understood. Here, we examined this question using mice expressing various levels of GRK1 or lacking recoverin. We show that although GRK1 is required for the timely inactivation of mouse cone photoresponse, gradually increasing its expression progressively delays the cone response recovery. This surprising result is in contrast with the known effect of increasing GRK1 expression in rods. Notably, the kinetics of cone responses converge and become independent of GRK1 levels for flashes activating more than ∼1% of cone pigment. Thus, mouse cone response recovery in bright light is independent of pigment phosphorylation and likely reflects the spontaneous decay of photoactivated visual pigment. We also find that recoverin potentiates the sensitivity of cones in dim light conditions but does not contribute to their capacity to function in bright light.

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