Nuestra investigación se centra en la comprensión de los mecanismos moleculares por los cuales las mutaciones en la rodopsina y en los genes que regulan su tráfico conducen a enfermedades de la retina. La rodopsina es un componente principal de las membranas sensibles a la luz de las células fotorreceptoras de los bastones de la retina, donde funciona como un GPCR sensible a la luz que inicia la cascada de fototransducción. La rodopsina también es un regulador central de la salud de los fotorreceptores y está sujeta a más de 150 mutaciones diferentes que causan retinosis pigmentaria. Las mutaciones que afectan el extremo C de la rodopsina causan formas graves de retinitis pigmentosa autosómica dominante (ADRP). En el curso de nuestra investigación, definimos el motivo VxPx C-terminal de rodopsina como una señal de focalización ciliar conservada (CTS). Identificamos los componentes del complejo de direccionamiento ciliar que reconoce esta señal para regular el tráfico de rodopsina y la renovación de la membrana del fotorreceptor de varillas retinianas.
La base para la función óptima de los fotorreceptores de los bastones es la compartimentación estricta de las membranas fotosensibles cargadas de rodopsina en el cilio primario modificado de forma única que forma el segmento externo del bastón (ROS). La homeostasis de los fotorreceptores de bastón se mantiene mediante la reposición continua de las membranas ROS dañadas por la luz y el secuestro eficiente de proteínas ROS y lípidos involucrados en la fototransducción, lejos de aquellos involucrados en diversas funciones celulares que tienen lugar en el cuerpo celular adyacente llamado segmento interno del bastón (RIS). o en la terminal sináptica de la varilla. Golgi y otros orgánulos biosintéticos se localizan en el RIS, en la región mioide (M). El tráfico de membranas polarizadas en los bastones retinianos implica la síntesis, clasificación y transporte, a través del RIS, de una cantidad prodigiosa de portadores de transporte de rodopsina dirigidos por Golgi a cilios (RTC). Los RTC atraviesan la región elipsoide (E) llena de mitocondrias y se fusionan con la membrana plasmática RIS en la proximidad del cilio. Luego, las membranas recién sintetizadas se envían al ROS (Figura 1).
La clasificación en RTC está regulada por las pequeñas GTPasas de las familias Rab y Arf que desempeñan un papel central en la organización del tráfico de membranas intracelulares, así como en la entrega de membranas a los cilios primarios. Las proteínas involucradas en la formación y el mantenimiento de los cilios están codificadas por aproximadamente el 25% de los genes de enfermedades retinianas hereditarias, con mutaciones que causan degeneración retiniana, riñones quísticos, obesidad y defectos del tubo neural en una amplia gama de trastornos genéticos, conocidos colectivamente como ciliopatías.
La pequeña GTPasa Arf4 reconoce y se une directamente a la rodopsina C-terminal VxPx CTS. Arf4, activado en el fotorreceptor Golgi por el factor de intercambio de nucleótidos de guanina Arf (GEF) GBF1, inicia un ensamblaje escalonado del nexo de dirección centrado en la proteína de activación de GTPasa de Arf (GAP) ASAP1, que media la hidrólisis de GTP en Arf4 y Rab11a -Complejo doble efector FIP3-Rabin8. Este complejo controla el ensamblaje del módulo de dirección Rab11a-Rabin8-Rab8 altamente conservado que recluta directamente el R-SNARE VAMP7 en los RTC para regular su fusión en la base ciliar, a través del emparejamiento de VAMP7 con la sintaxina 3 y SNAREs de membrana plasmática afines. (Figura 25).
En el meollo de la cascada ciliar Rab11a-Rabin8-Rab8 se encuentra Rab8 GEF Rabin8, una proteína de andamio multifuncional que interactúa con proteínas ciliares seleccionadas, como el complejo de tráfico TRAPPII y BBSome, lo que sugiere un papel central en las vías ciliares de los receptores sensoriales. Su función se ve afectada por mutaciones en la quinasa NDR2 (STK38L), codificada por el gen de degeneración retiniana temprana canina (erd) correspondiente a la ciliopatía humana, amaurosis congénita de Leber (LCA). Nuestro estudio actual muestra que la GFP-Rabin8 humana expresada en transgénicos X laevis se colocaliza con Rabin8 endógeno y rodopsina en el Golgi y en los RTC, allanando el camino para los estudios futuros sobre el papel de Rabin8 en la progresión de la membrana a lo largo de la vía ciliar, que está potencialmente alterada en enfermedades degenerativas retinianas hereditarias.
En conjunto, nuestros estudios revelaron que la dirección de la membrana a ROS es una forma conservada de dirección ciliar. El motivo VxPx está presente en otras proteínas de la membrana ciliar. El complejo de focalización conservado basado en Arf4 se dirige a los receptores sensoriales de los cilios primarios a través de intrincadas redes funcionales de pequeñas GTPasas y sus reguladores que son exquisitamente sensibles a las mutaciones que causan degeneraciones retinianas y ciliopatías.
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Científico asociado
Teresa Fresquez
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