ОПН1ЛВ
| ОПН1ЛВ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Идентификаторы | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Псевдонимы | OPN1LW , CBBM, CBP, COD5, RCP, ROP, опсин 1 (пигменты колбочек), чувствительный к длинным волнам, опсин 1, чувствительный к длинным волнам | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Внешние идентификаторы | Опустить : 300822 ; МГИ : 1097692 ; Гомологен : 68064 ; GeneCards : OPN1LW ; OMA : OPN1LW — ортологи | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Викиданные | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
OPN1LW — это ген на Х-хромосоме, который кодирует длинноволновой чувствительный (LWS) опсин или красного колбочка фотопигмент . [5] Он отвечает за восприятие видимого света в желто-зеленом диапазоне видимого спектра (около 500-570 нм). [6] [7] Ген содержит 6 экзонов с изменчивостью, вызывающей сдвиги в спектральном диапазоне. [8] OPN1LW подвержен гомологичной рекомбинации с OPN1MW, поскольку они имеют очень схожие последовательности. [8] Эти рекомбинации могут привести к различным проблемам со зрением, таким как красно-зеленая дальтонизм и монохромность синего цвета. [9] Кодируемый белок представляет собой рецептор, связанный с G-белком , со встроенным 11- цис -ретиналем , световое возбуждение которого вызывает цис-транс-конформационные изменения, которые начинают процесс химической передачи сигналов в мозг. [10]
Ген
[ редактировать ]OPN1LW производит опсин, чувствительный к красному цвету, в то время как его аналоги, OPN1MW и OPN1SW , производят опсин, чувствительный к зеленому и синему цвету соответственно. [7] OPN1LW и OPN1MW находятся на Х-хромосоме в положении Xq28. [11] Они расположены в тандемном массиве , состоящем из одного гена OPN1LW, за которым следуют один или несколько генов OPN1MW. [11] Область локус-контроля (LCR; OPSIN-LCR ) регулирует экспрессию обоих генов, при этом только ген OPN1LW и близлежащие соседние гены OPN1MW экспрессируются и вносят вклад в фенотип цветового зрения. [11] LCR не может достигать дальше первого или второго гена OPN1MW в массиве. [11] Небольшая разница в спектрах поглощения OPN1LW и OPN1MW обусловлена некоторыми различиями в аминокислотах между двумя очень похожими генами. [8]
Экзоны
[ редактировать ]OPN1LW и OPN1MW имеют по шесть экзонов . [8] Диморфизмы аминокислот экзона 5 в положениях 277 и 285 оказывают наибольшее влияние на спектральные различия, наблюдаемые между пигментами LWS и MWS. [8] Есть 3 аминокислотные замены в экзоне 5 для OPN1LW и OPN1MW, которые способствуют спектральному сдвигу, наблюдаемому между их соответствующими опсинами: OPN1MW имеет фенилаланин в положениях 277 и 309 и аланин в 285; OPN1LW содержит тирозин в положениях 277 и 309 и треонин в положении 285. [8] Идентичность аминокислот в этих положениях в экзоне 5 определяет принадлежность гена к классу М или классу L. [8] В экзоне 3 в положении 180 оба гена могут содержать серин или аланин, но присутствие серина обеспечивает чувствительность к более длинным волнам, что необходимо учитывать при создании функций сопоставления цветов . [8] [12] Экзон 4 имеет две позиции спектральной настройки: 230 для изолейцина (более длинный пик длины волны) или треонина и 233 для аланина (более длинный пик волны) или серина. [8]
Гомологичная рекомбинация
[ редактировать ]Расположение OPN1LW и OPN1MW, а также высокое сходство двух генов позволяют осуществлять частую рекомбинацию между ними. [8] Неравная рекомбинация между женскими Х-хромосомами во время мейоза является основной причиной различного количества генов OPN1LW и генов OPN1MW у людей, а также причиной наследственных нарушений цветового зрения. [8] События рекомбинации обычно начинаются с несовпадения гена OPN1LW с геном OPN1MW и сопровождаются определенным типом кроссинговера, который может привести к множеству различных генных аномалий. Кроссинговер в областях между генами OPN1LW и OPN1MW может производить хромосомные продукты с дополнительными генами OPN1LW или OPN1MW на одной хромосоме и уменьшенными генами OPN1LW или OPN1MW на другой хромосоме. [8] Если кроссинговер происходит внутри смещенных генов OPN1LW и OPN1MW, то на каждой хромосоме будет создан новый массив, состоящий только из частичных частей двух генов. [8] Это привело бы к нарушению цветового зрения, если бы любая хромосома была передана потомству мужского пола. [8]
Белок
[ редактировать ]Опсин LWS типа I представляет собой белок рецептора, связанного с G-белком (GPCR), со встроенным 11- цис- ретиналем . [11] Это трансмембранный белок , который имеет семь мембранных доменов, N-концевой из которых является внеклеточным, а С-концевой — цитоплазматическим. [5] Пигмент LWS имеет максимальное поглощение около 564 нм с диапазоном поглощения около 500-570 нм. [6] Этот опсин известен как красный опсин, потому что он наиболее чувствителен к красному свету из трех типов опсинов колбочек, а не потому, что его максимальная чувствительность приходится на красный свет. [7] Пик поглощения 564 нм фактически приходится на желто-зеленую часть спектра видимого света . [7] Когда белок вступает в контакт со светом с длиной волны в пределах его спектрального диапазона, 11- цис -ретиналь хромофор возбуждается. [10] Количество энергии света разрывает пи-связь , удерживающую хромофор в цис-конфигурации, что вызывает фотоизомеризацию и переход в транс-конфигурацию. [10] Именно этот сдвиг начинает последовательность химических реакций, ответственных за передачу сигнала конуса LWS в мозг. [10]
Функция
[ редактировать ]Опсин LWS находится в дисках внешнего сегмента клеток колбочек LWS, которые обеспечивают фотопическое зрение наряду с колбочками MWS и SWS. [10] [13] Конусовидное представительство в сетчатке существенно меньше палочковидного, при этом большинство колбочек локализуется в ямке . [13] Когда свет в спектральном диапазоне опсина LWS достигает сетчатки, 11- цис -ретиналь хромофор в белке опсина возбуждается. [10] Это возбуждение вызывает конформационные изменения белка и запускает серию химических реакций. [10] Эта серия реакций переходит от клеток колбочек LWS в горизонтальные клетки , биполярные клетки , амакриновые клетки и, наконец, ганглиозные клетки , прежде чем продолжиться в мозг через зрительный нерв . [10] Ганглиозные клетки объединяют сигнал от колбочек LWS со всеми другими сигналами колбочек, возникающими в ответ на видимый свет, и передают общий сигнал в зрительный нерв. [6] Сами по себе колбочки не обрабатывают цвет, а мозг решает, какой цвет мы видим, на основе комбинации сигналов, которые он получает от ганглиозных клеток. [10]
Эволюционная история
[ редактировать ]До того, как люди превратились в трехцветный вид, наше зрение было двухцветным и состояло только из генов OPN1LW и OPN1SW. [8] Считается, что OPN1LW претерпел событие дупликации, которое привело к образованию дополнительной копии гена, которая затем независимо эволюционировала и стала OPN1MW. [8] OPN1LW и OPN1MW разделяют почти все свои последовательности ДНК, тогда как OPN1LW и OPN1SW разделяют менее половины, что позволяет предположить, что длинноволновые и средневолновые гены разошлись друг от друга гораздо позже, чем с OPN1SW. [11] Появление OPN1MW напрямую связано с эволюцией дихромации в трихромацию. [6] Присутствие опсинов LSW и MSW улучшает время распознавания цвета, запоминание цветных объектов и дискриминацию в зависимости от расстояния, что дает трихроматическим организмам эволюционное преимущество перед дихроматическими организмами при поиске источников пищи, богатых питательными веществами. [6] Пигменты колбочек являются продуктом предковых зрительных пигментов, которые состояли только из колбочек и не содержали палочек . [10] Эти предковые колбочки превратились в известные нам сегодня колбочки (LWS, MWS, SWS), а также в палочки. [10]
Нарушения зрения
[ редактировать ]Красно-зеленая цветовая слепота
[ редактировать ]Многие генетические изменения генов OPN1LW и/или OPN1MW могут вызывать красно-зеленую дальтонизм . [9] Большинство этих генетических изменений связаны с событиями рекомбинации между очень похожими генами OPN1LW и OPN1MW, что может привести к удалению одного или обоих этих генов. [9] Рекомбинация также может привести к созданию множества различных химер OPN1LW и OPN1MW , которые представляют собой гены, похожие на оригинал, но имеющие разные спектральные свойства. [14] Изменения одной пары оснований в OPN1LW также могут вызвать красно-зеленую дальтонизм, но это случается редко. [9] На тяжесть потери зрения у людей с красно-зеленой дальтоничностью влияет полиморфизм Ser180Ala. [14]
Протанопия
[ редактировать ]Протанопия вызвана дефектной или полной потерей функции гена OPN1LW, в результате чего зрение полностью зависит от OPN1MW и OPN1SW. [8] У больных наблюдается дихроматическое зрение с неспособностью полностью различать зеленый, желтый и красный цвета. [8]
Протаномалия
[ редактировать ]Протаномалия возникает, когда частично функциональный гибридный ген OPN1LW заменяет нормальный ген. [9] Опсины, полученные из этих гибридных генов, имеют аномальные спектральные сдвиги, которые ухудшают цветовое восприятие цветов в спектре OPN1LW. [9] Протаномалия — одна из форм аномальной трихромазии . [8]
Монохромность синего конуса
[ редактировать ]Монохромность синего конуса вызвана потерей функции как OPN1LW, так и OPN1MW. [9] Обычно это вызвано мутациями в LCR, которые приводят к отсутствию экспрессии OPN1LW или OPN1MW. [9] При этом нарушении зрения человек может видеть только цвета спектра опсинов SWS, которые попадают в синий диапазон света. [9]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с GRCh38: Версия Ensembl 89: ENSG00000102076 – Ensembl , май 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б с GRCm38: выпуск Ensembl 89: ENSMUSG00000031394 – Ensembl , май 2017 г.
- ^ «Ссылка на Human PubMed:» . Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
- ^ «Ссылка на Mouse PubMed:» . Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
- ^ Перейти обратно: а б «OPN1LW опсин 1, чувствительный к длинным волнам [Homo sapiens (человек)]» . НКБИ . Проверено 16 ноября 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и Хофманн Л., Пальчевски К. (2015). «Достижения в понимании молекулярной основы первых шагов в цветовом зрении» . Прогресс в исследованиях сетчатки и глаз . 49 : 46–66. doi : 10.1016/j.preteyeres.2015.07.004 . ПМЦ 4651776 . ПМИД 26187035 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Мербс С.Л., Натанс Дж (1992). «Спектры поглощения пигментов колбочек человека». Природа . 356 (6368): 433–5. Бибкод : 1992Natur.356..433M . дои : 10.1038/356433a0 . ПМИД 1557124 . S2CID 4238631 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с Нейтц Дж., Нейтц М. (2011). «Генетика нормального и дефектного цветового зрения» . Исследование зрения . 51 (7): 633–51. дои : 10.1016/j.visres.2010.12.002 . ПМЦ 3075382 . ПМИД 21167193 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я «Ген OPN1LW» . Национальная медицинская библиотека США . Домашний справочник по генетике . Проверено 29 ноября 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к Имамото Ю., Шичида Ю. (2014). «Конусные зрительные пигменты» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Биоэнергетика . 1837 (5): 664–73. дои : 10.1016/j.bbabio.2013.08.009 . ПМИД 24021171 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Диб СС (2006). «Генетика изменений цветового зрения человека и мозаика колбочек сетчатки». Текущее мнение в области генетики и развития . 16 (3): 301–7. дои : 10.1016/j.где.2006.04.002 . ПМИД 16647849 .
- ^ «Молекулярная генетика и одногенные дихроматы» . cvrl.ioo.ucl.ac.uk.
- ^ Перейти обратно: а б «Палочки и колбочки человеческого глаза» . Спросите биолога . Школа естественных наук АГУ. 14 апреля 2010 года . Проверено 29 ноября 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б Диб, СС (2005). «Молекулярная основа изменения цветового зрения человека». Клиническая генетика . 67 (5): 369–377. дои : 10.1111/j.1399-0004.2004.00343.x . ПМИД 15811001 . S2CID 24105079 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Эпплбери ML, Харгрейв, Пенсильвания (1986). «Молекулярная биология зрительных пигментов». Видение Рез . 26 (12): 1881–95. дои : 10.1016/0042-6989(86)90115-X . ПМИД 3303660 . S2CID 34038855 .
- Виндерикс Дж., Линдси Д.Т., Саноки Э., Теллер Д.Ю., Мотульский А.Г., Диб С.С. (1992). «Полиморфизм красного фотопигмента лежит в основе изменения подбора цвета». Природа . 356 (6368): 431–3. Бибкод : 1992Natur.356..431W . дои : 10.1038/356431a0 . ПМИД 1557123 . S2CID 4362230 .
- Дитрих А., Корн Б., Пустка А. (1992). «Завершение физической карты Xq28: расположение гена L1CAM на Х-хромосоме человека». Мамм. Геном . 3 (3): 168–72. дои : 10.1007/BF00352462 . ПМИД 1617223 . S2CID 27038539 .
- Арвейлер Б., Винсент А., Мандель Дж.Л. (1989). «К физической карте региона Xq28 у человека: связывание генов цветового зрения, G6PD и фактора свертывания крови VIII с областью гомологии XY». Геномика . 4 (4): 460–71. дои : 10.1016/0888-7543(89)90269-3 . ПМИД 2501212 .
- Натанс Дж., Томас Д., Хогнесс Д.С. (1986). «Молекулярная генетика цветового зрения человека: гены, кодирующие синий, зеленый и красный пигменты». Наука . 232 (4747): 193–202. Бибкод : 1986Sci...232..193N . CiteSeerX 10.1.1.461.5915 . дои : 10.1126/science.2937147 . ПМИД 2937147 .
- Адамс МД, Керлаваж А.Р., Флейшманн Р.Д., Фулднер Р.А., Балт С.Дж., Ли Н.Х., Киркнесс Э.Ф., Вайнсток К.Г., Гокейн Дж.Д., Уайт О (1995). «Первоначальная оценка разнообразия генов человека и моделей экспрессии на основе 83 миллионов нуклеотидов последовательности кДНК» (PDF) . Природа . 377 (6547 Приложение): 3–174. ПМИД 7566098 .
- Ли З.Я., Клявин И.Ю., Милам А.Х. (1995). «Прорастание нейритов фоторецепторов палочек при пигментном ретините» . Дж. Нейроски . 15 (8): 5429–38. doi : 10.1523/JNEUROSCI.15-08-05429.1995 . ПМК 6577619 . ПМИД 7643192 .
- Чен Дж., Такер С.Л., Вудфорд Б., Сел А., Лем Дж., Джанелла-Боррадори А., Саймон М.И., Богенманн Е. (1994). «Промотор синего опсина человека управляет экспрессией трансгена в коротковолновых колбочках и биполярных клетках сетчатки мыши» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 91 (7): 2611–5. Бибкод : 1994PNAS...91.2611C . дои : 10.1073/pnas.91.7.2611 . ПМЦ 43419 . ПМИД 8146162 .
- Натанс Дж., Момени И.Х., Зреннер Э., Садовски Б., Шарп Л.Т., Льюис Р.А., Хансен Э., Розенберг Т., Шварц М., Хекенливли Дж.Р. (1993). «Генетическая гетерогенность среди монохроматов с синими колбочками» . Являюсь. Дж. Хум. Жене . 53 (5): 987–1000. ПМК 1682301 . ПМИД 8213841 .
- Ладекьяер-Миккельсен А.С., Розенберг Т., Йоргенсен А.Л. (1996). «Новый механизм монохроматизма синего конуса». Хм. Жене . 98 (4): 403–8. дои : 10.1007/s004390050229 . ПМИД 8792812 . S2CID 11799731 .
- Феррейра П.А., Накаяма Т.А., Пак В.Л., Трэвис Г.Х. (1996). «Связанный с циклофилином белок RanBP2 действует как шаперон для красного/зеленого опсина». Природа . 383 (6601): 637–40. Бибкод : 1996Natur.383..637F . дои : 10.1038/383637a0 . ПМИД 8857542 . S2CID 4304490 .
- Фогель Дж.Дж., Хейне М.Дж., Тини М., Виват В., Шамбон П., Гронемейер Х. (1998). «Коактиватор TIF2 содержит три мотива, связывающих ядерные рецепторы, и опосредует трансактивацию посредством зависимых и независимых от связывания CBP путей» . ЭМБО Дж . 17 (2): 507–19. дои : 10.1093/emboj/17.2.507 . ПМК 1170401 . ПМИД 9430642 .
- Чжао З., Хьюитт-Эммет Д., Ли В.Х. (1998). «Частая конверсия генов между генами красного и зеленого опсина человека». Дж. Мол. Эвол . 46 (4): 494–6. Бибкод : 1998JMolE..46..494Z . дои : 10.1007/PL00013147 . ПМИД 9541545 . S2CID 17082136 .
- Накаяма Т.А., Чжан В., Коуэн А., Кунг М. (1998). «Исследования мутагенеза красного опсина человека: trp-281 необходим для правильного сворачивания и взаимодействия белка с сетчаткой». Биохимия . 37 (50): 17487–94. дои : 10.1021/bi982077u . ПМИД 9860863 .
- Джон С.К., Смит Дж.Э., Агирре Г.Д., Милам А.Х. (2000). «Потеря молекулярных маркеров колбочек в сетчатке человека с мутацией родопсина при пигментном ретините». Мол. Вис . 6 : 204–15. ПМИД 11063754 .
- Уэяма Х., Куваяма С., Имаи Х., Танабэ С., Ода С., Нисида Ю., Вада А., Шичида Ю., Ямаде С. (2002). «Новые миссенс-мутации в генах красного/зеленого опсина при врожденных нарушениях цветового зрения». Биохим. Биофиз. Рез. Коммун . 294 (2): 205–9. дои : 10.1016/S0006-291X(02)00458-8 . ПМИД 12051694 .
- Фицджеральд К.А., Роу, округ Колумбия, Барнс Б.Дж., Кэффри Д.Р., Висинтин А., Латц Е., Монкс Б., Пита П.М., Голенбок Д.Т. (2003). «Передача сигналов LPS-TLR4 на IRF-3/7 и NF-kappaB включает платные адаптеры TRAM и TRIF» . Дж. Эксп. Мед . 198 (7): 1043–55. дои : 10.1084/jem.20031023 . ПМК 2194210 . ПМИД 14517278 .
- Лонг Дж., Ван Г., Мацуура И., Хэ Д., Лю Ф. (2004). «Активация транскрипционной активности Smad белком-ингибитором активированного STAT3 (PIAS3)» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 101 (1): 99–104. Бибкод : 2004PNAS..101...99L . дои : 10.1073/pnas.0307598100 . ПМК 314145 . ПМИД 14691252 .