Nossa pesquisa se concentra na compreensão dos mecanismos moleculares pelos quais as mutações na rodopsina e nos genes que regulam seu tráfico levam a doenças retinianas. A rodopsina é o principal constituinte das membranas sensoriais de luz das células fotorreceptoras de bastonetes da retina, onde funciona como um GPCR sensor de luz que inicia a cascata de fototransdução. A rodopsina também é um regulador central da saúde dos fotorreceptores e está sujeita a mais de 150 mutações diferentes que causam retinite pigmentosa. Mutações que afetam o terminal C da rodopsina causam formas graves de retinite pigmentar autossômica dominante (ADRP). No decorrer de nossa pesquisa, definimos o motivo VxPx da rodopsina C-terminal como um sinal de direcionamento ciliar conservado (CTS). Identificamos os constituintes do complexo de direcionamento ciliar que reconhece esse sinal para regular o tráfego de rodopsina e a renovação da membrana do fotorreceptor da haste da retina.
A base para a função ideal dos fotorreceptores de bastonete é a compartimentalização estrita das membranas fotossensíveis carregadas de rodopsina em relação ao cílio primário exclusivamente modificado que forma o segmento externo do bastão (ROS). A homeostase dos fotorreceptores de bastão é mantida pela reposição contínua de membranas ROS danificadas pela luz e sequestro eficiente de proteínas ROS e lipídios envolvidos na fototransdução, longe daqueles envolvidos em diversas funções celulares que ocorrem no corpo celular adjacente denominado segmento interno do bastão (RIS), ou no terminal sináptico da haste. Golgi e outras organelas biossintéticas estão localizadas no RIS, na região mióide (M). O tráfego de membrana polarizada em bastões retinais envolve a síntese, classificação e transporte, através do RIS, de quantidade prodigiosa de transportadores de rodopsina dirigidos por Golgi para cílios (RTCs). Os RTCs atravessam a região elipsóide (E) preenchida com mitocôndrias e se fundem com a membrana plasmática RIS nas proximidades do cílio. Membranas recentemente sintetizadas são então entregues ao ROS (Figura 1).
A classificação em RTCs é regulada pelas pequenas GTPases das famílias Rab e Arf, que desempenham um papel central na organização do tráfego da membrana intracelular, bem como na entrega da membrana aos cílios primários. As proteínas envolvidas na formação e manutenção dos cílios são codificadas por aproximadamente 25% dos genes de doenças retinianas hereditárias, com mutações que causam degeneração retiniana, rins císticos, obesidade e defeitos do tubo neural em uma ampla gama de doenças genéticas, conhecidas coletivamente como ciliopatias.
A pequena GTPase Arf4 reconhece e se liga diretamente à rodopsina C-terminal VxPx CTS. Arf4, ativado no fotorreceptor Golgi pelo fator de troca de nucleotídeo de guanina Arf (GEF) GBF1, inicia uma montagem em etapas do nexo de direcionamento centrado na proteína de ativação de Arf GTPase (GAP) ASAP1, que medeia a hidrólise de GTP em Arf4 e no Rab11a Complexo duplo efetor -FIP3-Rabin8. Este complexo controla a montagem do módulo de direcionamento Rab11a-Rabin8-Rab8 altamente conservado que recruta diretamente o R-SNARE VAMP7 em RTCs para regular sua fusão na base ciliar, via emparelhamento de VAMP7 com a membrana plasmática cognata SNAREs sintaxina 3 e SNAP-25 (Figura 2).
No ponto crucial da cascata ciliar Rab11a-Rabin8-Rab8 está a Rab8 GEF Rabin8, uma proteína-esqueleto multifuncional que interage com proteínas ciliares selecionadas, como o complexo de tráfego TRAPPII e o BBSome, sugerindo um papel central nas vias ciliares dos receptores sensoriais. Sua função é afetada por mutações na NDR2 quinase (STK38L), codificada pelo gene da degeneração retinal precoce canina (erd) correspondente à amaurose congênita de Leber (LCA) da ciliopatia humana. Nosso estudo atual mostra que GFP-Rabin8 humano expresso em transgênicos X. laevis colocaliza com Rabin8 endógena e rodopsina no Golgi e nos RTCs, abrindo caminho para estudos futuros sobre o papel de Rabin8 na progressão da membrana ao longo da via ciliar, que é potencialmente interrompida em doenças degenerativas retinianas hereditárias.
Coletivamente, nossos estudos revelaram que o direcionamento de membrana para ROS é uma forma conservada de direcionamento ciliar. O motivo VxPx está presente em outras proteínas da membrana ciliar. O complexo de direcionamento conservado baseado em Arf4 direciona os receptores sensoriais aos cílios primários por meio de redes funcionais intrincadas de pequenas GTPases e seus reguladores que são extremamente sensíveis a mutações que causam degenerações retinais e ciliopatias.
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