OPN1LW es un gen en el cromosoma X que codifica opsina sensible a ondas largas (LWS) o fotopigmento de cono rojo . [5] Es responsable de la percepción de la luz visible en el rango amarillo-verde en el espectro visible (alrededor de 500-570 nm). [6] [7] El gen contiene 6 exones con variabilidad que induce cambios en el rango espectral. [8] OPN1LW está sujeto a recombinación homóloga con OPN1MW, ya que los dos tienen secuencias muy similares. [8] Estas recombinaciones pueden conducir a varios problemas de visión, como daltonismo rojo-verde y monocromatismo azul. [9] La proteína codificada es unaReceptor acoplado a proteína G con 11- cis -retinal incrustado , cuya excitación luminosa provoca un cambio conformacional cis-trans que inicia el proceso de señalización química al cerebro. [10]
OPN1LW produce opsina sensible al rojo, mientras que sus contrapartes, OPN1MW y OPN1SW , producen opsina sensible al verde y sensible al azul, respectivamente. [7] OPN1LW y OPN1MW están en el cromosoma X en la posición Xq28. [11] Están en una matriz en tándem , compuesta por un solo gen OPN1LW que es seguido por uno o más genes OPN1MW. [11] La región de control del locus (LCR; OPSIN-LCR ) regula la expresión de ambos genes, y solo el gen OPN1LW y los genes OPN1MW adyacentes cercanos se expresan y contribuyen al fenotipo de la visión del color. [11] El LCR no puede llegar más allá del primer o segundo genes OPN1MW de la matriz. [11] La ligera diferencia en los espectros de absorción de OPN1LW y OPN1MW se debe a un puñado de diferencias de aminoácidos entre los dos genes muy similares. [8]
Exones
OPN1LW y OPN1MW tienen seis exones . [8] Los dimorfismos de aminoácidos en el exón 5 en las posiciones 277 y 285 son los más influyentes en las diferencias espectrales observadas entre los pigmentos LWS y MWS. [8] Hay 3 cambios de aminoácidos en el exón 5 para OPN1LW y OPN1MW que contribuyen al cambio espectral observado entre sus respectivas opsinas: OPN1MW tiene fenilalanina en las posiciones 277 y 309 y alanina en 285; OPN1LW tiene tirosina en la posición 277 y 309, y treonina en la posición 285. [8] La identidad de los aminoácidos en estas posiciones en el exón 5 es lo que determina que el gen sea de clase M o clase L. [8] En el exón 3 en la posición 180, ambos genes pueden contener serina o alanina, pero la presencia de serina produce una sensibilidad de longitud de onda más larga. [8] El exón 4 tiene dos posiciones de sintonía espectral: 230 para isoleucina (longitud de onda máxima más larga) o treonina, y 233 para alanina (longitud de onda máxima más larga) o serina. [8]
Recombinación homóloga
La disposición de OPN1LW y OPN1MW, así como la alta similitud de los dos genes, permite una recombinación frecuente entre los dos. [8] La recombinación desigual entre los cromosomas X femeninos durante la meiosis es la causa principal del número variable de genes OPN1LW y genes OPN1MW entre los individuos, además de ser la causa de deficiencias hereditarias de la visión de los colores. [8] Los eventos de recombinación generalmente comienzan con la desalineación de un gen OPN1LW con un gen OPN1MW y son seguidos por un cierto tipo de cruce, que puede resultar en muchas anomalías genéticas diferentes. El cruce en las regiones entre los genes OPN1LW y OPN1MW puede producir productos cromosómicos con genes OPN1LW u OPN1MW adicionales en un cromosoma y genes OPN1LW u OPN1MW reducidos en el otro cromosoma. [8] Si se produce un cruce dentro de los genes desalineados de OPN1LW y OPN1MW, se producirá una nueva matriz en cada cromosoma que constará solo de partes parciales de los dos genes. [8] Esto crearía deficiencias en la visión de los colores si cualquiera de los cromosomas se transmitiera a una descendencia masculina. [8]
Proteína
La opsina LWS tipo I es una proteína de receptor acoplado a proteína G (GPCR) con retina 11- cis incrustada . [11] Es una proteína transmembrana que tiene siete dominios de membrana, siendo el N-terminal extracelular y el C-terminal citoplásmico. [5] El pigmento LWS tiene una absorción máxima de aproximadamente 564 nm, con un rango de absorción de aproximadamente 500-570 nm. [6] Esta opsina se conoce como opsina roja porque es la más sensible a la luz roja de los tres tipos de opsina de cono, no porque su sensibilidad máxima sea para la luz roja. [7] El pico de absorción de 564 nm en realidad cae en la sección amarillo-verde del espectro de luz visible . [7] Cuando la proteína entra en contacto con la luz en una longitud de onda dentro de su rango espectral, el cromóforo 11- cis -retiniano se excita. [10] La cantidad de energía en la luz rompe el enlace pi que mantiene al cromóforo en su configuración cis, lo que provoca la fotoisomerización y un cambio a la configuración trans. [10] Este cambio es lo que comienza la secuencia de reacción química responsable de llevar la señal del cono LWS al cerebro. [10]
Función
La opsina LWS reside en discos del segmento exterior de las células del cono LWS, que median la visión fotópica junto con los conos MWS y SWS. [10] [12] La representación del cono en la retina es sustancialmente más pequeña que la representación del bastón, y la mayoría de los conos se localizan en la fóvea . [12] Cuando la luz dentro del rango espectral de opsina LWS alcanza la retina, el cromóforo 11- cis -retiniano dentro de la proteína opsina se excita. [10] Esta excitación provoca un cambio conformacional en la proteína y desencadena una serie de reacciones químicas. [10] Esta serie de reacciones pasa de las células del cono LWS a células horizontales , células bipolares , células amacrinas y finalmente células ganglionares antes de continuar hacia el cerebro a través del nervio óptico . [10] Las células ganglionares compilan la señal de los conos LWS con todas las demás señales de los conos que se produjeron en respuesta a la luz que se vio y transmiten la señal general al nervio óptico. [6] Los conos en sí mismos no procesan el color, es el cerebro el que decide qué color está siendo visto por la combinación de señales que recibe de las células ganglionares. [10]
Historia evolutiva
Antes de que los humanos evolucionaran para convertirse en una especie tricromática , nuestra visión era dicromática y consistía únicamente en los genes OPN1LW y OPN1SW. [8] Se cree que OPN1LW sufrió un evento de duplicación que condujo a una copia adicional del gen, que luego evolucionó de forma independiente para convertirse en OPN1MW. [8] OPN1LW y OPN1MW comparten casi todas sus secuencias de ADN, mientras que OPN1LW y OPN1SW comparten menos de la mitad, lo que sugiere que los genes de onda larga y media divergieron entre sí mucho más recientemente que con OPN1SW. [11] La aparición de OPN1MW se asocia directamente con la dicromacia que evoluciona hacia la tricromacia. [6] La presencia de opsinas LSW y MSW mejora el tiempo de reconocimiento del color, la memorización de objetos coloreados y la discriminación dependiente de la distancia, dando a los organismos tricromáticos una ventaja evolutiva sobre los organismos dicromáticos cuando buscan fuentes de alimentos ricos en nutrientes. [6] Los pigmentos cónicos son el producto de pigmentos visuales ancestrales, que consistían únicamente en células cónicas y no células bastón . [10] Estos conos ancestrales evolucionaron para convertirse en las células de conos que conocemos hoy (LWS, MWS, SWS), así como en células de bastón. [10]
Problemas de visión
Daltonismo rojo-verde
Muchos cambios genéticos de los genes OPN1LW y / o OPN1MW pueden causar daltonismo rojo-verde . [9] La mayoría de estos cambios genéticos implican eventos de recombinación entre genes muy similares de OPN1LW y OPN1MW, que pueden resultar en la eliminación de uno o ambos genes. [9] La recombinación también puede resultar en la creación de muchas quimeras OPN1LW y OPN1MW diferentes , que son genes que son similares al original, pero que tienen diferentes propiedades espectrales. [13] Los cambios de un solo par de bases en OPN1LW también pueden causar ceguera al color rojo-verde, pero esto es poco común. [9] La gravedad de la pérdida de visión en un individuo daltónico rojo-verde está influenciada por el polimorfismo Ser180Ala. [13]
Protanopia
La protanopía es causada por la pérdida total o defectuosa de la función del gen OPN1LW, lo que provoca una visión que depende por completo de OPN1MW y OPN1SW. [8] Los individuos afectados tienen visión dicromática, con la incapacidad de diferenciar completamente entre el color verde, amarillo y rojo. [8]
Protanomalía
La protanomalía ocurre cuando un gen OPN1LW híbrido parcialmente funcional reemplaza al gen normal. [9] Las opsinas elaboradas a partir de estos genes híbridos tienen cambios espectrales anormales que afectan la percepción del color de los colores en el espectro OPN1LW. [9] La protanomalía es una forma de tricromacia anómala . [8]
Monocromacia de cono azul
La monocromacia del cono azul es causada por una pérdida de función tanto de OPN1LW como de OPN1MW. [9] Esto es comúnmente causado por mutaciones en el LCR, lo que daría como resultado la ausencia de expresión de OPN1LW u OPN1MW. [9] Con esta discapacidad visual, el individuo solo puede ver colores en el espectro de las opsinas SWS, que caen en el rango de luz azul. [9]
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