Ny undersøgelse viser ligheder og forskelle i menneske- og insektsynsdannelse

Forskere ved University of California, Irvine har opdaget dybe ligheder og overraskende forskelle mellem mennesker og insekter i produktionen af ​​det kritiske lysabsorberende molekyle i nethinden, 11-cis-retinal, også kendt som den "visuelle kromofor". Resultaterne uddyber forståelsen af, hvordan mutationer i RPE65-enzymet forårsager nethindesygdomme, især Leber medfødt amaurose, en ødelæggende børnesygdom.

Til undersøgelsen, for nylig offentliggjort i tidsskriftet Nature Chemical Biology , brugte holdet røntgenkrystallografi til at studere NinaB, et protein fundet i insekter, der fungerer på samme måde som RPE65-proteinet, der findes hos mennesker. Begge er afgørende for syntesen af ​​11-cis-retinal, og deres fravær resulterer i alvorlig synsnedsættelse.

"Vores undersøgelse udfordrer traditionelle antagelser om ligheder og forskelle mellem menneskets og insektsynet," sagde den tilsvarende forfatter Philip Kiser, UCI-lektor i fysiologi og biofysik samt oftalmologi. "Selvom disse enzymer deler en fælles evolutionær oprindelse og tredimensionel arkitektur, fandt vi ud af, at processen, hvorved de producerer 11-cis-retinal, er forskellig."

Oprettelse af 11-cis-retinal begynder med indtagelse af fødevarer som gulerødder eller græskar indeholdende forbindelser, der bruges til vitamin A-generering, såsom beta-caroten. Disse næringsstoffer metaboliseres af carotenoid-spaltningsenzymer, herunder NinaB og RPE65.

Det var tidligere kendt, at mennesker kræver to af disse enzymer for at producere 11-cis-retinal fra beta-caroten, hvorimod insekter kan opnå omdannelsen med kun NinaB. At få indsigt i, hvordan NinaB kan koble de to trin til en enkelt reaktion sammen med de funktionelle relationer mellem NinaB og RPE65 var en nøglemotivation for undersøgelsen.

"Vi fandt ud af, at strukturelt set er disse enzymer meget ens, men de steder, hvor de udfører deres aktivitet, er forskellige," sagde hovedforfatter Yasmeen Solano, en kandidatstuderende i Kisers laboratorium ved UCI Center for Translational Vision Research.

"Forståelse af nøglefunktioner i NinaB-strukturen har ført til en forbedret forståelse af det katalytiske maskineri, der er nødvendigt for at understøtte funktionen af ​​de visuelle pigmenter i nethinden. Gennem vores undersøgelse af NinaB var vi i stand til at lære om strukturen af ​​en nøgledel af RPE65, som var ikke tidligere blevet løst. Denne opdagelse er afgørende for at forstå og håndtere tab af funktionsmutationer i RPE65."

Andre teammedlemmer omfattede Michael Everett, en juniorspecialist i Kiser-laboratoriet, og Kelly Dang og Jude Abueg, biologiske videnskaber undergraduates på det tidspunkt.

Flere oplysninger: Yasmeen J. Solano et al., Carotenoid-spaltningsenzymer udviklede sig konvergent for at generere den visuelle kromofor, Nature Chemical Biology (2024). DOI:10.1038/s41589-024-01554-z

Leveret af University of California, Irvine