Retina dejenerasyonu (rodopsin mutasyonu) - Retinal degeneration (rhodopsin mutation)
Retina dejenerasyonu , hücrelerinin ilerleyici ölümü nedeniyle retinanın bozulmasından oluşan bir retinopatidir . Arter veya ven tıkanıklığı, diyabetik retinopati , RLF/ROP ( retrolental fibroplazi / prematüre retinopatisi ) veya hastalık (genellikle kalıtsal ) dahil olmak üzere retinal dejenerasyonun çeşitli nedenleri vardır . Bunlar görme bozukluğu, gece körlüğü , retina dekolmanı , ışık hassasiyeti, tünel görüşü ve çevresel görme kaybından tam görme kaybına kadar birçok farklı şekilde ortaya çıkabilir . Retina dejeneratif hastalıklarından retinitis pigmentosa (RP) çok önemli bir örnektir.
İnsanlarda kalıtsal retinal dejeneratif bozukluklar , altta yatan nedenlerinde ve klinik sonuçlarında genetik ve fenotipik heterojenlik sergiler . Bu retinopatiler dünya çapında yaklaşık 2000 kişiden birini etkiler. Fototransdüksiyon , biyosentez ve rodopsin molekülünün katlanması ile ilgili genlerin bozulması ve retinanın yapısal desteği gibi çok çeşitli nedenler retina dejenerasyonuna atfedilmiştir . Rodopsin genindeki mutasyonlar , Kuzey Amerika'daki tüm otozomal dominant retinitis pigmentosa (adRP) vakalarının %25 ila %30'undan (buna göre %30 ila %40) sorumludur. Rodopsin mutasyonlarına veya rodopsin işlevini içeren veya etkileyen mutasyonlara atfedilen birçok retinal dejenerasyon mekanizması vardır. Retina dejenerasyonunun bir mekanizması rodopsin aşırı ekspresyonudur . Bir mutasyonun, kesilmiş bir rodopsine neden olduğu başka bir mekanizmanın, çubuk işlevini etkilediği ve fotoreseptör dejenerasyon hızını arttırdığı bulundu .
Fotoreseptör hücre ölümü
Fotoreseptör hücre ölümü, retina dejenerasyonunun nihai sonucudur. Fotoreseptör hücrelerin düzgün işlevi olmadan görme mümkün değildir. Bu hücrelerin geri dönüşümsüz kaybı, RP de dahil olmak üzere birçok retinal dejeneratif bozuklukta körlüğün bir nedeni olarak ilişkilendirilmiştir . Fotoreseptör hücre ölümünün kesin mekanizması tam olarak anlaşılamamıştır. Potansiyel nedenler arasında , belirli mutantlarda rodopsin ile düzenleyici protein tutuklaması arasında oluşan stabil komplekslerin endositozu yer alır . Çeşitli çalışmalar ayrıca, rodopsinin kendisinin aşırı ekspresyonunun (rodopsin sinyalleme aktivitesinin sonlandırılmasında rol oynayan genlerdeki mutasyonların, fototransdüksiyon kaskadının kalıcı aktivasyonu ile dejenerasyona neden olduğu gösterilmiştir) fotoreseptör hücre ölümüne neden olduğunu ve transgenikte fotoreseptör hücre kaybını indükleyebileceğini belgelemiştir. kesilmiş rodopsin ifade eden hayvanlar . Yine başka bir mekanizma, uzun süreli fotoreseptör tepkileri olabilir ve ayrıca anormal rodopsin deaktivasyonu, dış segment kısalmasına ve nihai fotoreseptör ölümüne neden olabilir.
RP'de fotoreseptör hücre ölümünün programlanmış hücre ölümü veya apoptoz ile meydana geldiğine inanılmaktadır .
Retinitis pigmentoza
Retinitis pigmentosa, 3.000 kişiden 1'ini etkileyen ve Amerika Birleşik Devletleri'nde 50000 ila 100.000 kişiyi etkileyen ilerleyici bir nörodejeneratif hastalıktır . Otozomal dominant RP bu vakaların yaklaşık %15'ini oluşturur. Otozomal dominant retinitis pigmentosa (ADRP), insanlarda körlüğe neden olan genetik olarak heterojen bir kalıtsal retinal dejenerasyon grubudur.
RP, retinada rodopsini eksprese eden ve en bol proteinleri olarak eksprese eden tek hücre olan çubuk fotoreseptör hücrelerinin ölümüyle başlar. Sonunda, çubuk hücrelerinin kaybı , insan görüşünün temel dayanağı olan koni hücrelerinin (koni fotoreseptörleri) kaybına yol açar . RP'nin semptomları arasında loş ışığa duyarlılık kaybı, anormal görme fonksiyonu ve retinada karakteristik kemik spikülü pigment birikintileri bulunur. Etkilenen bireyler giderek görme alanını ve görme keskinliğini kaybeder ve fotoreseptör hücre ölümü sonunda körlüğe yol açabilir. Retinitis pigmentosa'nın belirgin bir erken klinik özelliği, çubuk fotoreseptör hücrelerinin ölümünün bir sonucu olarak gece görüşünün kaybıdır. Yabani tip rodopsin geninin uygun ifadesi , fotoreseptör hücrelerinin gelişimi ve sürekli işlevi için esastır.
İnsan rodopsinindeki katlanmasını, ticaretini ve aktivitesini etkileyen mutasyonlar, etkilenen hastalarda retina dejenerasyonunun en sık karşılaşılan nedenleridir. İnsan opsin geninde (P23H) 23. kodon pozisyonundaki tek bir baz ikamesi, Amerikalı hastalarda ADRP'nin en yaygın nedenidir. Rodopsin mutasyonlarına bağlı ADRP, çok çeşitli klinik sunum ve şiddete sahiptir. 1991'den önce, fenotipik kanıtlar, değişen prognozlara sahip farklı ADRP alt kümelerine işaret ediyordu . ADRP'nin moleküler sınıflandırması ve rodopsin genindeki mutasyon bölgesine dayalı daha fazla alt sınıflandırma, belirli bir hastalık seyrinin daha iyi tahmin edilmesini sağladı. Ancak bu spesifik alt kümeler içinde bile prognoz, spesifik mutasyonun kendisinden etkilenir.
Rodopsin ve görmedeki işlevi
Rodopsin, çubuk fotoreseptörlerin (retinada rodopsini eksprese eden tek hücrelerdir ve en bol protein olarak eksprese eden) birincil görsel pigmenti ( fotopigment ) olan bir transmembran proteindir (Rh1) ve görsel görüntünün ayrılmaz bir parçasını oluşturur. Çağlayan. Işık sinyallerini retina nöronlarında elektrofizyolojik sinyallere dönüştüren fototransdüksiyon kaskadı (fotoreseptör çubuğunun dış segmentlerinde meydana gelen görsel transdüksiyon kaskadı) başlatan, ışıkla aktive edilen G-protein-bağlı bir reseptördür . Bu foto-aktif sinyal iletim süreci, görme için esastır.
Rodopsin'in yapısı ve işlevi ve onu kodlayan gen, uzun yıllardır yoğun bir inceleme konusu olmuştur, çünkü rodopsin insan genomundaki en büyük reseptör ailesini, G proteini-bağlı reseptörleri anlamak için yararlı bir model olarak hizmet eder . rodopsin geni, en yaygın kalıtsal körleme hastalığı olan retinitis pigmentosa'nın en yaygın nedenidir.
Rodopsin Mutasyonu
Gen rodopsin insandır lokus sayıda için alelleri ile bağlantılı nörodejeneratif hastalık, retinitis pigmentosa. Rodopsin genindeki mutasyonlar, tüm otozomal dominant retinitis pigmentosa (ADRP) vakalarının %25 ila %30'unu ('e göre %30 ila %40) oluşturur. Işık algılayıcı molekül rodopsindeki 100'den fazla farklı mutasyonun (adRP) neden olduğu bilinmektedir. Bu mutasyonların çoğu , rodopsin proteinindeki tek amino asit kalıntılarını etkileyen yanlış anlamlı mutasyonlardır . Bu mutasyonlar, çubuk fotoreseptör hücrelerinin dış bölümlerine rodopsin taşınmasını, rodopsin katlanmasını ve rodopsin endositozunu etkiler. İnsan rodopsinindeki katlanmasını, ticaretini ve aktivitesini etkileyen mutasyonlar, RP'den muzdarip hastalarda retina dejenerasyonunun en sık karşılaşılan nedenleridir. Hangi rodopsin geninin 23 kodon tek bir baz ikamesi mutasyon prolin olarak değiştirilir histidin insanda (Pro23His) Opsin gen ABD'de gözlenen mutasyonların rodopsin en büyük kısmı için hesapları ve ADRP en yaygın nedeni ise Amerikalı hastalar.
1990 yılında, rodopsin geninin Pro23His mutasyonu, RP ile ilişkili ilk mutasyon olarak rapor edilmiştir. Bu mutasyon, yalnızca RP'de en yaygın olarak tanımlanan gen kusuru olmaya devam ettiği Amerika Birleşik Devletleri'nde tanımlanmıştır. P23H mutasyonu ile ilişkili RP'nin fenotipi karakteristik olarak nispeten hafif fakat değişkendir. Çok sayıda çalışma, rodopsin genindeki belirli bir mutasyonun ciddiyet derecesinin, büyük ölçüde, rodopsin molekülündeki -intradiskal, transmembran veya sitoplazmik konumuna bağlı olduğunu göstermiştir . Disk içi mutasyonlar daha az şiddetli olma eğilimi gösterirken, sitoplazmik alanları ve retinol bağlanma bölgelerini etkileyen mutasyonlar çok şiddetli olma eğilimindedir. C-terminalinde (rodopsin sıralama sinyali) olanlar gibi fotoreseptör hücre polaritesinin korunmasını etkileyen sitoplazmik mutasyonların şiddeti , molekülün uygun olmayan hücre içi taşınmasından kaynaklanabilir.
Bazı araştırmalar, fototransdüksiyon kaskadının uzun süreli aktivasyonu ile dejenerasyona neden olan transgenik fare mutantlarını tanımlamıştır . Bu araştırmada , her biri rodopsin aktivitesinin sona ermesinde rol oynayan rodopsin kinaz ve arrestin genlerindeki boş mutasyonlar , ışığa bağımlı retinal dejenerasyona neden oldu.
Rodopsin C-terminal mutasyonları
Nokta mutasyonları P347L, P347S, P347R ve V345M.3-5 gibi rodopsin mutasyonlarının bir kısmı proteinin C-terminal kuyruğunu değiştirir . Ek olarak, iki çerçeve kayması mutasyonunun (fs 341del ve fs 341-343del) C terminaline ilave kalıntılar eklerken, Q344ter bir C-terminali kesilmesi ile sonuçlanır ve bir intron ek mutasyonunun (N88) rodopsinin tüm C-terminal kuyruğunu çıkardığı düşünülür.
Veriler, kesilmiş rodopsin ekspresyonunun hem fotoreseptör fonksiyonunu hem de sağlığı olumsuz yönde etkilediğini ve çubuk hücre sağkalımını tehlikeye attığını göstermektedir. Kesik opsinin varlığı, sinaptik iletimi veya diğer hücresel süreçleri bozabilir ve sonunda hücre ölümüne neden olabilir. Büyük miktarlarda yanlış lokalize opsin, kesik opsinin yoğunlaştığı bölgelerde fonksiyonel proteinlerin mevcudiyetini azaltabilir. Dış segmentlerde budanmış rodopsinin varlığı, fonksiyonel anormalliklere neden olur ve rodopsinin dış ve/veya iç segmentlerde lokalizasyonu fotoreseptör hücre ölümünün artmasına neden olur.
Rodopsin endositozu
Diğer birçok G proteinine bağlı reseptör gibi, rodopsin proteini de aktivasyonun ardından endositoza uğrar. Rodopsinin endositik düzenlemesinin bozulması, fotoreseptör hücre fizyolojisi üzerinde zararlı etkilere sahiptir. Bazı mutantlarda, rodopsin ve düzenleyici protein arrestini, stabil kompleksler oluşturur. Bahsedildiği gibi bu komplekslerin ölümcül etkisi vardır; endositoz sırasında alındıklarında bu kompleksler fotoreseptör hücre ölümüne neden olur, çünkü içselleştirilmiş rodopsin lizozomda bozulmaz, bunun yerine geç endozomlarda birikir. Toksik Rodopsin-Arrestin komplekslerinin oluşumu, ciddi ADRP formları ile ilişkili insan rodopsin mutantları için de rapor edilmiştir. Örneğin, Arg135'teki mutasyonlar, şiddetli retinitis pigmentosa formları ile ilişkilidir ve arrestin için yüksek bir afinite sergiler, endositoz geçirir ve endozomal anormallikler gösterir.
Protein ürününün R135 ve K296 kalıntılarını etkileyen opsin genindeki hatalı mutasyonlar ADRP'ye neden olur ve fotoreseptör hücrede Rodopsin-Arrestin komplekslerinin birikmesine neden olur. R135 mutant rodopsinin, arrestin ile stabil kompleks oluşturduğu ve HEK hücre kültürü sisteminde anormal endositik veziküller ile sonuçlanan endositoz geçirdiği kaydedilmiştir. Benzer şekilde, K296E rodopsin'in görsel arrestini yüksek afinite ile bağladığı gözlemlenmiştir. Bu anormal etkileşimin retinada patolojik sonuçları olduğu gösterilmiştir. Bunun yanı sıra, stabil rodopsin ve arrestin komplekslerinin, ADRP'nin fare modelinin çubuk fotoreseptörlerinin iç bölümlerinde yanlış lokalize olduğu ve biriktiği gösterilmiştir.
Geç endozomdan lizozom ticaretine kusurlu mutantlar kullanılarak, rodopsinin bu mutantlarda endozomal bölmelerde biriktiği ve ışığa bağımlı retinal dejenerasyona yol açtığı gösterilmiştir. Ayrıca, ölmekte olan fotoreseptör hücrelerde içselleştirilmiş rodopsinin bozulmadığı, bunun yerine çözünmeyen proteinlerin özelliklerini gösterdiği de gösterildi. Bu veriler, fotoreseptör nöronların ölümünün yeni bir tetikleyicisi olarak geç endozomal sistemde rodopsin birikiminin ima edilmesine yol açtı. Bu nedenle, içselleştirilmiş rodopsinin zamanında indirilememesi, fotoreseptör nöronlarının hücre ölümünü tetikler, bu da, fotoreseptör canlılığının korunmasında rodopsinin lizozomal cirosunun hayati olduğunu düşündürür.
Pro-hücre ölüm sinyal yollarını düzenleyen kesin mekanizmalar ve bunların endositozla olan bağlantıları iyi anlaşılmamıştır. Endolizozomal sisteme doğuştan gelen bir bileşenin, endozomlardan çıkan hücre ölüm sinyallerini düzenlemede çok önemli bir rol oynadığı tahmin edilmektedir. Bu bileşen, rodopsin birikimini algılar ve ardından retinada hücre ölümünü gerçekleştirmek için uygun makineyi devreye sokar. Rodopsin-tutuklama komplekslerinde olduğu gibi, uygun protein bozunmasının başarısızlığı ve bunun sonucunda proteinlerin birikmesi, retinitis pigmentosa gibi birçok nörodejeneratif bozuklukta iyi bilinen bir hücre ölüm nedenidir.
Rodopsin olmayan mutasyonlar
Pre-mRNA ekleme için gerekli proteinleri kodlayan retinaya özgü olmayan ADRP genlerindeki mutasyonlar, ADRP'nin önemli bir nedeni olabilir. Kararlı U4 / U6 snRNPler oluşumu için ve montaj U4 / U6.U5 tri snRNP bölgesinin için gerekli proteinler, HPRP3, PRPC8 de dahil olmak üzere tespit edilmiştir PRPF31 , bu proteinlerin doğru işlevi için gerekli olan spliceosom performans.
Rodopsin transkripti, PRPF31 proteininden etkilenen bir mRNA öncesi ekleme substratıdır, yani rodopsin (RHO), PRPF31 için hedef ekleme substrat genleri arasındadır. Böylece, PRPF31'deki mutasyonların, rodopsin proteininin alternatif, potansiyel olarak işlevsel olmayan formlarına neden olabileceği anlaşılabilir. Bu mutant PRPF31 proteinlerinin ekspresyonunun, kültürlenmiş retina hücrelerinde rodopsin ekspresyonunu önemli ölçüde azalttığı ve retina hücrelerinin apoptozunu indükleyerek, pre-mRNA eklemede yer alan proteinlerdeki mutasyonlar ile kritik bir retinaya özgü genin, rhodopsin ekspresyonu arasında bir bağlantı kurduğu gösterilmiştir. .
Bu, rodopsin dışı mutasyonların retinal dejeneratif bozuklukların sunumunda da kritik olabileceğini göstermektedir. PRPF31 mutasyonları gibi retinaya özgü olmayan genlerin neden olduğu retina dejenerasyonu için bir mekanizma önerir.