Посещений:
СИНДРОМ USHER 1B

Роль MYO7A в возникновении слепоты

The Usher 1B protein, MYO7A, is required for normal localization and function of the visual retinoid cycle enzyme, RPE65
Vanda S. Lopes, Daniel Gibbs, Richard T. Libby, Tomas S. Aleman, Darcy L. Welch, Concepcion Lillo, Samuel G. Jacobson, Roxana A. Radu, Karen P. Steel and David S. Williams
Hum Mol Genet. 2011 Jul 1;20(13):2560-70. Epub 2011 Apr 14.

Mutations in the MYO7A gene cause a deaf-blindness disorder, known as Usher syndrome 1B. In the retina, the majority of MYO7A is in the retinal pigmented epithelium (RPE), where many of the reactions of the visual retinoid cycle take place. We have observed that the retinas of Myo7a-mutant mice are resistant to acute light damage. In exploring the basis of this resistance, we found that Myo7a-mutant mice have lower levels of RPE65, the RPE isomerase that has a key role in the retinoid cycle. We show for the first time that RPE65 normally undergoes a light-dependent translocation to become more concentrated in the central region of the RPE cells. This translocation requires MYO7A, so that, in Myo7a-mutant mice, RPE65 is partly mislocalized in the light. RPE65 is degraded more quickly in Myo7a-mutant mice, perhaps due to its mislocalization, providing a plausible explanation for its lower levels. Following a 50–60% photobleach, Myo7a-mutant retinas exhibited increased all-trans-retinyl ester levels during the initial stages of dark recovery, consistent with a deficiency in RPE65 activity. Lastly, MYO7A and RPE65 were co-immunoprecipitated from RPE cell lysate by antibodies against either of the proteins, and the two proteins were partly colocalized, suggesting a direct or indirect interaction. Together, the results support a role for MYO7A in the translocation of RPE65, illustrating the involvement of a molecular motor in the spatiotemporal organization of the retinoid cycle in vision.

Рис. к статье
Usher синдром является рецессивно наследуемым заболеванием с комбинированной глухотой и слепотой. При Usher syndrome type 1, дефекты волосковых клеток слуховой улитки приводят в врожденной выраженной глухоте, а аномалии сетчатки ведут к прогрессирующей дегенерации фоторецепторных клеток после развития. Мутации в гене MYO7A вызывают Usher syndrome type 1B (1). Shaker1 обладают мутациями потери функции в гене ортологе, Myo7a, и поэтому служат моделью Usher 1B (2).
MYO7A это нешаблонный миозиновый двигательный белок (3,4), экспрессируется как фоторецепторах сетчатки, так и пигментном эпителии сетчатки (RPE) (5,6). Исследования мышей shaker1 продемонстрировали, что MYO7A выполняет важные функции в обоих типах клеток. В фоторецепторах, MYO7A необходим для нормального транспорта opsin через плазматическую мембрану реснички в наружный сегмент (7), а в RPE он участвует в перемещении меланосом и фагосом (8-10). Однако как и в большинстве мышиных моделей др. Usher 1 генов, shaker1 мыши, как было установлено, не подвергаются дегенерации сетчатки, , по крайней мере, в стандартных условиях вивария (11).
Мы начали данное исследование, чтобы попытаться посмотреть может ли быть shaker1 сетчатка индуцирована к дегенерации в условиях стрессов. Проверяли, могут ли быть shaker1 мыши более чувствительны к дегенерации сетчатки, которая возникает в ответ на воздействие интенсивным светом (12), как это уже было показано для некоторых др. животных моделей дегенерации сетчатки (13-17). Неожиданно мы установили, что сетчатка shaker1 мышей более резистентна к повреждению светом, чем сетчатка мышей дикого типа (WT) на том же самом генетическом фоне.
После абсорбции фотонов света rhodopsin оказывается обесцвеченным. Он затем регенерирует после серии реакций, известных как визуальный ретиноидный цикл, который использует образование 11-cis ретинального, светочувствительного лиганда, который соединяется с opsin (18-21). Дефекты в регенерации родопсина могут обеспечивать прикрытие против световых повреждений (22). Поэтому наша находка резистентности к световому повреждению у shaker1 мышей привела нас к изучению потребности в MYO7A в ретиноидном цикле. Наше исследование было сфокусировано на RPE65, энзиме, который катализирует превращение all-trans-retinyl эфиров в 11-cis retinol, ключевая ступень изомеризации в ретиноидном цикле (23-25). Мы установили, что RPE65 транслоцируется внутрь RPE в ответ на воздействие светом. Мы представили доказательства функций MYO7A в этой транслокации, , следовательно, он является важным элементом пространственно-временной регуляции визуального ретиноидного цикла.

DISCUSSION


Базируясь на наблюдении, что shaker1 сетчатка менее чувствительна к острому световому повреждению, мы исследовали связан ли MYO7A с визуальным циклом. Мы показали, что сетчатка, лишенная MYO7A, содержит меньше энзима визуального цикла, RPE65, из-за повышенной его деградации. Более того, энзим, который присутствует, неспособен подвергаться зависимой от света транслокации, а общая активность изомеразы нарушена. MYO7A и RPE65, по-видимому, ассоциированы др. с др., подтвеждая, что MYO7A участвует в локализации энзимов визуального цикла.
Резистентность к световым повреждениям, сходная с той, что наблюдается у shaker1 мышей, первоначально была описана для линий мышей albino (32) , которые, как было установлено позднее, обнаруживают изменчивость последовательности в Rpe65 (26,27). Защитный эффект был приписан замедленной регенерации родопсина из-за снижения активности изомеразы RPE65 (27,33,34). Наблюдаемая резистентность к острым световым повреждениям в сетчатке shaker1 мышей, гомозиготных по Leu450 аллелю RPE65, поэтому согласуется с ролью MYO7A в визуальном цикле. На эту роль также указывает снижение уровней RPE65, отсутствие зависимой от света транслокации RPE65 и повышенное накопление retinyl эфира в shaker1 RPE, вместе с ассоциацией MYO7A и RPE65 выявляемой ко-иммунопреципитацией и ко-локализацией, всё это указывает на то, что MYO7A функция поддерживает активность изомеразы RPE65.
Высокие уровни retinyl эфира были измерены в глазных бокалах MYO7A-нулевых мышей во время 5 мин. восстановления в темноте после фотовспышки. Retinyl эфиры накапливаются в виде двух отдельных пулов, в каплях липидов и в мембранах эндоплазматического ретикулума (35). Здесь мы измеряли общие уровни, не делая различия между этими двумя пулами; вполне возможно, что увеличение retinyl эфира может быть обусловлено только одним из пулов, скорее всего последним, который рассматривается как 'изомеразный пул' (35). Мы не обнаружили различий в уровнях 11-cis retinaldehyde. Однако, это показалось неправдопдобным, принимая во внимание, что были использованы глазные бокалы и большая часть этого ретиноида происходила из того, что оставалось в наружных сегментах фоторецепторов после 50-60% фотовспышки. Количество opsin в shaker1 сетчатке было сходным с тем, что в сетчатках дикого типа (7). Предварительные исследования с использованием сходных экспериментов с фотовспышками неполной силы, также показали, что уровни retinyl эфира более чувствительны к уровням активности RPE65 изомеразы, чем к уровням 11-cis-retinal (36). Отсутствие достоверных различий в реакции ERG во время восстановления в темноте согласуется с находкой отсутствия различий в уровнях 11-cis retinal, хотя в данном случае сравнение проводилось спустя более длительный период восстановления в темноте (50 мин), и только между shaker1 мышами и гетерозиготными сибсами (+/sh1) ; сетчатка +/sh1, по-видимому, обладает уровнями RPE65 (Supplementary Material, Fig. S1) и retinyl эфиров (Fig. 5), которые находятся между уровнями у shaker1 и WT. Итак, более чем 50% увеличение all-trans-retinyl palmitate в глазных бокалах shaker1 по сравнению с глазными бокалами WT во время кратковременного восстановления в темноте после фотовспышки, является строгим указанием нарушения активности RPE65 в отсутствие MYO7A.
RPE65? , как было установлено ранее, присутствует как в цитозольной, так и мембранной фракции клеток RPE(37). Было предположено, что palmitoylation RPE65 делает возможным переключение, которое позволяет мембранам ассоциировать зависимым от света способом (38); Однако, ассоциация RPE65 с мембранами, , как было установлено, не зависит от palmitoylation (39). Здесь мы предоставили доказательства, что воздействие светом, которое сопровождается темновой адаптацией ведет к измененному распределению RPE65 в клетках RPE cell, с повышением концентрации в центральной области, где присутствует обширный гладкий эндоплазматический ретикулум (SER) . RPE65 ассоциирует с retinol dehydrogenase 5 и retinal G protein-couple receptor (RGR) в мультибелковых комплексах на SER (40,41). Существенно, что правильная ассоциация RPE65 с фосфолипидными мембранами, как сообщалось недавно, является критической для её retinoid изомеризующей активности (41). Это наблюдение в купе с имеющимися находками увеличения,уровней all-trans retinal эфира в shaker1 RPE во время восстановления в темноте, подтверждает. что MYO7A-зависимая транслокация RPE65 на SER мембрану в центральной части RPE помогает регулировать активность RPE65 в ответ на воздействие света. Более низкий уровень и более короткий период полу-жизни RPE65 в отсутствие MYO7A указывает на то, что неправильная локализация в результате отсутствия транслокации делает открытым RPE65 для более быстрого протеолиза.
Зависимость этой транслокации RPE65 от MYO7A, и ассоциация MYO7A и RPE65 с помощью частичной ко-иммунопреципитации и ко-локализации, согласуется с участием MYO7A в транспорте RPE65, или непосредственно или косвенно. Непрямой способ может заключаться в транспорте с помощью MYO7A мембранных пузырьков SER, с которыми ассоциированы RPE65 . Интересно, что class-5 нестандартных миозинов, , как было установлено, ассоциирует с и перемещает частицы (пузырьки или расширения) ER в разных системах, таких как аксоны кальмаров (42), почкующиеся дрожжи (43) и дендриты клеток Пуркинье (44-47). Более того, MYO7A как уже было установлено, функционирует подобно MYO5 в RPE в отношении др. роли: механизм, с помощью которого он транспортирует RPE меланосомы, сравним с тем, как MYO5A транспортирует меланосомы в меланоциты (10,48).
Usher синдром связан с прогрессирующей дегенерацией сетчатки. Мутантные фенотипы в сетчатках Myo7a-мутантных мышей подтвержают возможность его участия в качестве причины дегенерации у пациентов с Usher 1B. Ряд отличающихся фенотипов был описан ранее (7-10,49). Среди них одни, наиболее сильно нарушающие здоровье фоторецепторных и RPE клеток, обнаруживают аномально высокий уровень opsin в соединяющей ресничке, из-за замедленной дистальной миграции дисковых мембран и из-за замедленного переваривания фагоцитированных мембран фоторецепторных дисков (7,9). Эти фенотипы указывают на дефицит общего оборота мембран наружного сегмента дисков. Известно, что полное разрушение на какой-либо стадии этого оборота, напр., морфогенеза дисков у rds мышей (50) или фагоцитоза мембран дисков с помощью RPE (51), вызывает дегенерацию сетчатки. В данной работе мы описали дополнительный мутантный фенотип, который может вносить вклад в дегенерацию сетчатки при Usher 1B. Мутации потери функции в гене RPE65 приводят к Leber congenital amaurosis, к рецессивно наследуемой слепоте (52-54). Хотя нарушение функции RPE65 из-за отсутствия MYO7A, по-видимому, вряд ли достаточно в качестве причины дегенерации сетчатки при Usher 1B, оно может вносить вклад, добавляя дальнейшие повреждения. Usher 1B может быть результатом комбинации нарушений, но не результатом полной потери функции нескольких критических процессов в RPE-фоторецепторных клетках. При Usher 1B, один или более таких мутантных фенотипов может быть более тяжелым, чем фенотипы сетчатки у мышей, учитывая, что ни одна из мутантных линий Myo7a мышей не обнаруживает дегенерации сетчатки, включая мышей с нулевыми аллелями (55).
Итак, наши результаты демонстрируют роль MYO7A в пространственно-временной регуляции визуального ретиноидного цикла. Они указывают на то, что MYO7A действует, обеспечивая зависимую от света транслокацию RPE65. Кроме того, мы полагаем, что Usher 1B скорее всего связан с дефектами визуального цикла.
Сайт создан в системе uCoz