マウスロッドの暗順応に及ぼすロドプシンリン酸化の影響

Effect of Rhodopsin Phosphorylation on Dark Adaptation in Mouse Rods.

• Justin Berry
• Rikard Frederiksen
• Yun Yao
• Soile Nymark
• Jeannie Chen
• Carter Cornwall

抄録

アンラベル:

ロドプシンは、その11-シス網膜部分が全トランス網膜に光異性化されたときに活性化される、典型的なGタンパク質共役型受容体（GPCR）です。このステップは、ロッドが光強度の変化を信号化する反応のカスケードを開始します。他のGPCRと同様に、ロドプシンは受容体のリン酸化とアレスチン結合によって不活性化されます。その後、ロドプシンが受容体を基底状態に戻す一連のステップを経て再生されると、受容体感度の完全な回復が達成される。ここでは、ロドプシンのオプシン部分の脱リン酸化が、視覚色素を基底状態に戻すための非常に遅いが必要なステップであることを示しています。我々は、新しい観察を使用しています：ルーチンの生理的記録のために標準的な培地に保存された単離されたマウスの網膜は、ロドプシンの鈍化した脱リン酸化を表示します。漂白単離された網膜の等電点収束後のウェスタンブロット分析は、ロドプシンが完全に再生された条件であっても、暗闇の中で4時間までの間、ロドプシンのほとんど脱リン酸化を示した。ロドプシンスペクトルの顕微分光光度計による決定は、再生されたホスホ-ロドプシンは、リン酸化されていないロドプシンと同じ分子感光性を有しており、経網膜電図または単細胞吸引電極記録によって測定されたフラッシュ応答は、暗順応した速度論を示したことを示している。単一のクオンタル応答は通常の暗順応速度を示したが、ロッドはリン酸化されていないロドプシンのみを含むものに比べて半分の感度しか示さなかった。我々は、光に曝された網膜がリン酸化ロドプシンと非リン酸化ロドプシンの混在した集団を含むモデルを提案する。さらに、完全な暗闇適応は、すべてのロドプシンが脱リン酸化された場合にのみ起こり、完全な暗闇の中で3時間以上の時間を必要とする。

UNLABELLED: Rhodopsin is a prototypical G-protein-coupled receptor (GPCR) that is activated when its 11-cis-retinal moiety is photoisomerized to all-trans retinal. This step initiates a cascade of reactions by which rods signal changes in light intensity. Like other GPCRs, rhodopsin is deactivated through receptor phosphorylation and arrestin binding. Full recovery of receptor sensitivity is then achieved when rhodopsin is regenerated through a series of steps that return the receptor to its ground state. Here, we show that dephosphorylation of the opsin moiety of rhodopsin is an extremely slow but requisite step in the restoration of the visual pigment to its ground state. We make use of a novel observation: isolated mouse retinae kept in standard media for routine physiologic recordings display blunted dephosphorylation of rhodopsin. Isoelectric focusing followed by Western blot analysis of bleached isolated retinae showed little dephosphorylation of rhodopsin for up to 4 h in darkness, even under conditions when rhodopsin was completely regenerated. Microspectrophotometeric determinations of rhodopsin spectra show that regenerated phospho-rhodopsin has the same molecular photosensitivity as unphosphorylated rhodopsin and that flash responses measured by trans-retinal electroretinogram or single-cell suction electrode recording displayed dark-adapted kinetics. Single quantal responses displayed normal dark-adapted kinetics, but rods were only half as sensitive as those containing exclusively unphosphorylated rhodopsin. We propose a model in which light-exposed retinae contain a mixed population of phosphorylated and unphosphorylated rhodopsin. Moreover, complete dark adaptation can only occur when all rhodopsin has been dephosphorylated, a process that requires >3 h in complete darkness.

意義声明:

Gタンパク質共役型受容体(GPCR)は、哺乳類ゲノムの約4%を占めるタンパク質の最大のスーパーファミリーを構成し、そのメンバーは共通の膜トポロジーを共有しています。GPCR によるシグナル伝達は、味覚、嗅覚、聴覚、視覚、および心血管系、内分泌系、生殖系の恒常性を含む多種多様な生理学的プロセスを制御しています。GPCR シグナルの重要な特徴は、そのタイムリーな終了である。これは通常、GPCRが活性化された後、特定の受容体キナーゼによって急速にリン酸化され、その後、同族のアレスチンによって結合されるときに起こります。その後、受容体の感度が基底状態に回復するには、受容体の脱リン酸化とアレスチンの結合解除が必要であるが、これはあまり理解されていないプロセスである。ここでは、ロドプシンの脱リン酸化と視覚感度の回復の関係をマウスの棒状光受容体で調べています。

SIGNIFICANCE STATEMENT: G-protein-coupled receptors (GPCRs) constitute the largest superfamily of proteins that compose ∼4% of the mammalian genome whose members share a common membrane topology. Signaling by GPCRs regulate a wide variety of physiological processes, including taste, smell, hearing, vision, and cardiovascular, endocrine, and reproductive homeostasis. An important feature of GPCR signaling is its timely termination. This normally occurs when, after their activation, GPCRs are rapidly phosphorylated by specific receptor kinases and subsequently bound by cognate arrestins. Recovery of receptor sensitivity to the ground state then requires dephosphorylation of the receptor and unbinding of arrestin, processes that are poorly understood. Here we investigate in mouse rod photoreceptors the relationship between rhodopsin dephosphorylation and recovery of visual sensitivity.

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