Rhodopsin
РОДОПСИН
The Amino Terminus of the Fourth Cytoplasmic Loop of Rhodopsin Modulates Rhodopsin-Transducin Interaction Ethan P. Marin, A. Gopala Krishna, Tatyana A. Zvyaga, Juergen Isele, Friedrich Siebert, and Thomas P. J Biol Chem, Vol. 275, Issue 3, 1930-1936, January 21, 2000
Rhodopsin является seven-transmembrane спиральным рецептором, который связывает и каталитически активирует гетеромерный G протеин transducin(G_t). Это взаимодействие вовлекает в процесс цитоплазматическую поверхность родопсина, которая представлена 4 петлями и С-терминальным хвостом. Четвертая петля соединяет С-конец трансмембраннгой спирали 7 с Cys³²² и Cys³²³, оба они модифицируются с помощью вставленных в мембраные palmitoyl групп.Было установлено, что синтетический пептид, соответствующий четвертой петле родопсина ингибирует активацию G_t с помощью родопсина и взаимодействует непосредственно с α субъединицей G_t. Химерные рецепторы, в которых остатки 310-312 были замещены, были неспособны эффективно активировать G_t. Этот дефект взаимодействия с G_t мутантной четвертой петли не устранялся превинтивной palmitoylation Cys³²² и Cys³²³. Предполагается, что N-конец четвертой петли взаимодействует непосредственно с G_t, в частности с Gα_t, и с др. внутриклеточной поверхностью родопсина для поддержания связи с G_t.	Rhodopsin, фоторецептор тусклого света (dim-light) в клетках палочек, является прототипическим членом сверхсемейства G protein-coupled receptors(GPCRs). В результате экспозици светом родопсин принимает активную сигнальную конформацию metarhodopsin II (MII). MIIм. соединяться и каталитически активировать гетеромерный G protein, transducin (G_t) в сетчатке. G_t состоит из guanine-nucleotidebinding αсубъединицы (Gα_t), и функциональных гетеромерных β и γ субъединиц (Gβγ_t). Взаимодействие тримера с MII способствует высвобождению GDP из Gα_t, это ведет к формированию стабильного MII-G α_t(empty pocket) комплекса. Последующее связывание GTP активируетGα_t, что ведет к ее диссоциации от рецептора и образованию Gβγ_t.Активированная субъединица Gα_t соединяется и активирует свой эффектор, cyclic GMPphosphodiesterase. Молекулярная структура комплекса между родопсином и G_t, и механизм, с помощью которого родопсин катализирует нуклеотидный обмен, детально еще не изучены. Предполагается, что G_t-свзывающий сайт находится на цитоплазматической поверхности родопсина. Она состоит из 4 петель (Рис.1.) \| Seven putative TM helices are depicted as for previous models of GPCRs. The amino terminus and intradiscal surface are toward the bottom, and the carboxyl terminus and cytoplasmic surface is toward the top of the figure. The intradiscal and cytoplasmic loops are not drawn to scale. The loop C4 is defined as the 12 amino acids beginning with Asn³¹⁰, at the membrane border of the TM helix 7, and ending with Cys³²² and Cys³²³. Both of these cysteines are palmitoylated С-терминального хвоста. Первая (C1), вторая (C2), и третья(C3) цитоплазматические петли соединяют соседние трансмембранные (TM)спирали.Четвертая цитоплазматическая петля (C4) уникальна тем, что связана со спиралью только своим N-концом; ее С-конец образуется с помощью инсерции двух palmitoyl групп в мембранный двуслой. Рalmitoyl группы присоединены к Cys³²² и Cys³²³ посредством thioester связей. С-терминальный конец является областью дистальнее Cys³²² и Cys³²³. Известно, что C-2 и C-3 участвуют в образовании комплекса с G_t. Роль C4 во взаимодействии с G_t до конца неясна. В работе показано, что C4 участвует в обеспечении взаимодействия между родопсином и G_t. Высокий потенциал rho(310-321) сравним с таковым для пептида из хорошо охарактеризованной области взаимодействующей сG protein, включающей хорошо законсервированные последовательности из C2 rho(132-144) пептида. Кроме того,rho(310-321) пептид индуцирует красное смещение в спектре флюоресцентной эмиссии Gα_t, которое означает, чтопептид м. непосредственно связываться с Gα_t субъединицей. Данные по мутагенезу строго подтвержают участие четвертой петли в активации G_t. N-конец C4 законсервирован почти на 100% в opsins позвоночных, тогда как С-терминальная половина петли законсервирована примерно на ~65% . Более того, аспарагин в положении 310 очень высоко законсервирован среди большого биогенного аминового семейства рецепторов,за исключением non- α₂-ARs, где почти всега присутствует серин. Следовательно, N-терминальная часть четвертой петли м.б. важной в GPCRs не только opsins. Предполагается, что области четвертой петли специфически модулируются при фотоактивации родопсина. Цитоплазматический конец TM спирали 7 , как известно, становится более доступным после активации светом родопсина, а spin метки, прикрепленные к позициям 316и 313 в середине C4 обнаруживают повышенную подвижность после photolysis. При этом spin label в Cys³¹⁶ отдаляется от позиции 65, на N-конце TM спирали 1, после образования MII. Factors Affecting the Structure of the C4 Loop Region-- Рalmitoylation Cys³²² и Cys³²³ , по-видимому, не влияет на функцию N-терминальной части петли. Однако, химическая depalmitoylation увеличивает активность родопсина, если осуществляется в наружном сегменте мембран палочек. Учитывая, что 310-312 остатки располагаются рядом с мембранной границей TM спирали 7, очевидно, что их структура не меняется в результате прикрепления Cys³²² и Cys³²³ к мембране. Более того, C4 м. формировать петлю и в отсутствие palmitoylation. Механизм гиперактивности non-palmitoylated родопсина, по-видимому, не связан с функцией N-конца C4. Пертурбации в цитоплазматических расширениях трансмембранных спиралей не влияют на активацию G белка. The Role of the C4 Loop Involves Modulation of Rhodopsin-G_t Interactions-- Предполагается, что C4 является единственным связующим и участвующим в нуклеотидном обемене сайтом. Модуляторные функции C4, по-видимому, обеспечиваются контактамис G_t и аллостерическими взаимодействиямис др. областями рецептора. Прямое взаимодействие rho(310-321)-G_tα наблюдалось с помощью fluorescenceemission spectroscopy. Установлено, что rho(310-324) связывается и с Gβγ_t. Однако, некоторые аргументы свидетельствуют против того, что четвертая петля является единственным сайтом связывания Gβγ_t. Более того, непосредственное связывание rho(310-321) с Gα_t указывает на то, что C4 участвует в Gα_t связывании в дополнение к или даже вместо связывания Gβγ_t. Вообще-то C4 связывает Gα>_t непосредственно и аллостерически регулирует др. области рецептора, вовлекаемые в связывание Gβγ_t.

Rhodopsin, фоторецептор тусклого света (dim-light) в клетках палочек, является прототипическим членом сверхсемейства G protein-coupled receptors(GPCRs). В результате экспозици светом родопсин принимает активную сигнальную конформацию metarhodopsin II (MII). MIIм. соединяться и каталитически активировать гетеромерный G protein, transducin (G_t) в сетчатке. G_t состоит из guanine-nucleotidebinding αсубъединицы (Gα_t), и функциональных гетеромерных β и γ субъединиц (Gβγ_t). Взаимодействие тримера с MII способствует высвобождению GDP из Gα_t, это ведет к формированию стабильного MII-G α_t(empty pocket) комплекса. Последующее связывание GTP активируетGα_t, что ведет к ее диссоциации от рецептора и образованию Gβγ_t.Активированная субъединица Gα_t соединяется и активирует свой эффектор, cyclic GMPphosphodiesterase.

Молекулярная структура комплекса между родопсином и G_t, и механизм, с помощью которого родопсин катализирует нуклеотидный обмен, детально еще не изучены. Предполагается, что G_t-свзывающий сайт находится на цитоплазматической поверхности родопсина. Она состоит из 4 петель

(Рис.1.) | Seven putative TM helices are depicted as for previous models of GPCRs. The amino terminus and intradiscal surface are toward the bottom, and the carboxyl terminus and cytoplasmic surface is toward the top of the figure. The intradiscal and cytoplasmic loops are not drawn to scale. The loop C4 is defined as the 12 amino acids beginning with Asn³¹⁰, at the membrane border of the TM helix 7, and ending with Cys³²² and Cys³²³. Both of these cysteines are palmitoylated

С-терминального хвоста. Первая (C1), вторая (C2), и третья(C3) цитоплазматические петли соединяют соседние трансмембранные (TM)спирали.Четвертая цитоплазматическая петля (C4) уникальна тем, что связана со спиралью только своим N-концом; ее С-конец образуется с помощью инсерции двух palmitoyl групп в мембранный двуслой. Рalmitoyl группы присоединены к Cys³²² и Cys³²³ посредством thioester связей. С-терминальный конец является областью дистальнее Cys³²² и Cys³²³.

Известно, что C-2 и C-3 участвуют в образовании комплекса с G_t. Роль C4 во взаимодействии с G_t до конца неясна. В работе показано, что C4 участвует в обеспечении взаимодействия между родопсином и G_t.
Высокий потенциал rho(310-321) сравним с таковым для пептида из хорошо охарактеризованной области взаимодействующей сG protein, включающей хорошо законсервированные последовательности из C2 rho(132-144) пептида. Кроме того,rho(310-321) пептид индуцирует красное смещение в спектре флюоресцентной эмиссии Gα_t, которое означает, чтопептид м. непосредственно связываться с Gα_t субъединицей.

Данные по мутагенезу строго подтвержают участие четвертой петли в активации G_t. N-конец C4 законсервирован почти на 100% в opsins позвоночных, тогда как С-терминальная половина петли законсервирована примерно на ~65% . Более того, аспарагин в положении 310 очень высоко законсервирован среди большого биогенного аминового семейства рецепторов,за исключением non- α₂-ARs, где почти всега присутствует серин. Следовательно, N-терминальная часть четвертой петли м.б. важной в GPCRs не только opsins.

Предполагается, что области четвертой петли специфически модулируются при фотоактивации родопсина. Цитоплазматический конец TM спирали 7 , как известно, становится более доступным после активации светом родопсина, а spin метки, прикрепленные к позициям 316и 313 в середине C4 обнаруживают повышенную подвижность после photolysis. При этом spin label в Cys³¹⁶ отдаляется от позиции 65, на N-конце TM спирали 1, после образования MII.

Factors Affecting the Structure of the C4 Loop Region--

Рalmitoylation Cys³²² и Cys³²³ , по-видимому, не влияет на функцию N-терминальной части петли. Однако, химическая depalmitoylation увеличивает активность родопсина, если осуществляется в наружном сегменте мембран палочек. Учитывая, что 310-312 остатки располагаются рядом с мембранной границей TM спирали 7, очевидно, что их структура не меняется в результате прикрепления Cys³²² и Cys³²³ к мембране. Более того, C4 м. формировать петлю и в отсутствие palmitoylation. Механизм гиперактивности non-palmitoylated родопсина, по-видимому, не связан с функцией N-конца C4.

Пертурбации в цитоплазматических расширениях трансмембранных спиралей не влияют на активацию G белка.

The Role of the C4 Loop Involves Modulation of Rhodopsin-G_t Interactions--

Предполагается, что C4 является единственным связующим и участвующим в нуклеотидном обемене сайтом. Модуляторные функции C4, по-видимому, обеспечиваются контактамис G_t и аллостерическими взаимодействиямис др. областями рецептора. Прямое взаимодействие rho(310-321)-G_tα наблюдалось с помощью fluorescenceemission spectroscopy. Установлено, что rho(310-324) связывается и с Gβγ_t. Однако, некоторые аргументы свидетельствуют против того, что четвертая петля является единственным сайтом связывания Gβγ_t. Более того, непосредственное связывание rho(310-321) с Gα_t указывает на то, что C4 участвует в Gα_t связывании в дополнение к или даже вместо связывания Gβγ_t.

Вообще-то C4 связывает Gα>_t непосредственно и аллостерически регулирует др. области рецептора, вовлекаемые в связывание Gβγ_t.

The Amino Terminus of the Fourth Cytoplasmic Loop of Rhodopsin Modulates Rhodopsin-Transducin Interaction