La nostra ricerca si concentra sulla comprensione dei meccanismi molecolari attraverso i quali mutazioni nella rodopsina e nei geni che ne regolano il traffico portano a malattie della retina. La rodopsina è un costituente principale delle membrane sensibili alla luce delle cellule fotorecettrici dei bastoncelli retinici, dove funziona come un GPCR sensibile alla luce che avvia la cascata di fototrasduzione. La rodopsina è anche un regolatore centrale della salute dei fotorecettori ed è soggetta a oltre 150 diverse mutazioni che causano la retinite pigmentosa. Le mutazioni che colpiscono la rodopsina C-terminale causano forme gravi di retinite pigmentosa autosomica dominante (ADRP). Nel corso della nostra ricerca, abbiamo definito il motivo VxPx C-terminale della rodopsina come un segnale di targeting ciliare conservato (CTS). Abbiamo identificato i costituenti del complesso di targeting ciliare che riconosce questo segnale per regolare il traffico di rodopsina e il rinnovamento della membrana dei fotorecettori dei bastoncelli retinici.
La base per la funzione ottimale dei fotorecettori dei bastoncelli è la rigida compartimentazione delle membrane fotosensibili cariche di rodopsina al ciglio primario modificato in modo univoco che forma il segmento esterno dei bastoncelli (ROS). L'omeostasi dei fotorecettori dei bastoncelli è mantenuta dal continuo rifornimento delle membrane ROS danneggiate dalla luce e dall'efficiente sequestro di proteine e lipidi ROS coinvolti nella fototrasduzione, lontano da quelli impegnati in diverse funzioni cellulari che si svolgono nel corpo cellulare adiacente chiamato il segmento interno dei bastoncelli (RIS), o al terminale sinaptico del bastoncino. Golgi e altri organelli biosintetici sono localizzati nel RIS, nella regione mioide (M). Il traffico di membrana polarizzata nei bastoncelli retinici comporta la sintesi, lo smistamento e il trasporto, attraverso il RIS, di quantità prodigiose di vettori di trasporto della rodopsina diretti dal Golgi alle ciglia (RTC). Gli RTC attraversano la regione ellissoide (E) piena di mitocondri e si fondono con la membrana plasmatica RIS in prossimità del ciglio. Le membrane appena sintetizzate vengono quindi consegnate al ROS (Figura 1).
L'ordinamento in RTC è regolato dalle piccole GTPasi delle famiglie Rab e Arf che svolgono un ruolo centrale nell'organizzazione del traffico di membrana intracellulare e nella consegna della membrana alle ciglia primarie. Le proteine coinvolte nella formazione e nel mantenimento delle ciglia sono codificate da circa il 25% dei geni delle malattie retiniche ereditarie, con mutazioni che causano degenerazione retinica, reni cistici, obesità e difetti del tubo neurale in un'ampia gamma di malattie genetiche, note collettivamente come ciliopatie.
La piccola GTPasi Arf4 riconosce e si lega direttamente alla rodopsina C-terminale VxPx CTS. Arf4, attivato al fotorecettore Golgi dal fattore di scambio di nucleotidi guanina Arf (GEF) GBF1, avvia un assemblaggio graduale del nesso di targeting centrato sulla proteina attivante Arf GTPasi (GAP) ASAP1, che media l'idrolisi GTP su Arf4 e Rab11a -Complesso doppio effettore FIP3-Rabin8. Questo complesso controlla l'assemblaggio del modulo di targeting Rab11a-Rabin8-Rab8 altamente conservato che recluta direttamente R-SNARE VAMP7 su RTC per regolare la loro fusione alla base ciliare, tramite l'accoppiamento VAMP7 con la membrana plasmatica affine sintassina 3 SNARE e SNAP-25 (Figura 2).
Al punto cruciale della cascata ciliare Rab11a-Rabin8-Rab8 c'è Rab8 GEF Rabin8, una proteina scaffold multifunzionale che interagisce con proteine ciliari selezionate, come il complesso di traffico TRAPPII e il BBSome, suggerendo un ruolo centrale nelle vie ciliari dei recettori sensoriali. La sua funzione è influenzata dalle mutazioni della chinasi NDR2 (STK38L), codificata dal gene della degenerazione retinica precoce (erd) canino corrispondente alla ciliopatia umana amaurosi congenita di Leber (LCA). Il nostro studio attuale mostra che GFP-Rabin8 umano espresso in transgenico X. laevis colocalizza con Rabin8 endogena e rodopsina al Golgi e sugli RTC, aprendo la strada a futuri studi sul ruolo di Rabin8 nella progressione di membrana lungo la via ciliare, che è potenzialmente interrotta nelle malattie degenerative retiniche ereditarie.
Nel complesso, i nostri studi hanno rivelato che il targeting di membrana verso i ROS è una forma conservata di targeting ciliare. Il motivo VxPx è presente in altre proteine di membrana ciliare. Il complesso di targeting basato su Arf4 conservato mira ai recettori sensoriali delle ciglia primarie attraverso intricate reti funzionali di piccole GTPasi e dei loro regolatori che sono squisitamente sensibili alle mutazioni che causano degenerazioni retiniche e ciliopatie.
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