Control of the guanylate cyclase signaling unit in phototransduction by the RD3 protein
Biochemistry
Final Report Abstract
Das RD3 Protein (retinal degeneration protein 3) inhibiert nicht nur die Photorezeptor-Guanylatcyclasen GC-E und GC-F, sondern aktiviert die Guanylatkinase (GUK), das Enzym das GMP zu GDP phosphoryliert. Diese bisher nicht bekannte Funktion von RD3 konnte durch Kolokalisationsstudien an der Mausretina und über direkte biophysikalische Interaktionsmessungen von RD3 und GUK zusätzlich bestätigt werden. RD3 kontrolliert somit mehrere Schritte des Nukleotidzyklus und beeinflusst kritisch die Synthese des sekundären Botenstoffes cGMP. Weiterhin hat RD3 unterschiedliche Auswirkungen auf Regulationsprofile von Mutanten der Guanylatcyclase GC-E, die mit Netzhautdegenerationen bei Patienten korrelieren. Unsere Ergebnisse zeigen verminderte Inhibierungen von GC-E- Mutanten durch RD3, was auf eingeschränkte oder weniger affine Wechselwirkungen hindeutet und somit auch empfindlich die Transportprozesse des Guanlytcyclase-Komplexes vom Innen- zum Außensegment stören könnte. Eine untersuchte Mutante der GC-E (Austausch der Aminosäure Valin gegen Leucin in Position 902 in der katalytischen Domäne) war besonders auffällig. Die Mutante zeigte eine hohe konstitutive Aktivität, was bezogen auf die bisher untersuchten GC-E Mutationen unerwartet war. So zeigen Mutationen in der katalytischen Domäne entweder keine oder deutlich reduzierte Aktivitäten. Auch passt das Aktivierungsprofil nicht zu den typischen Mustern, das bisher nur bei Mutationen in der Dimerisierungsdomäne beschrieben wurde, steht aber in Einklang mit dem drastischen Sehverlust der betroffenen Person mit der V902L-Mutation. Mutationen im Gen GUCA1A zeigen im betroffenen Protein GCAP1 häufig Verschiebungen im calcium-abhängigen Aktivierungsprofil. Die daraus resultierenden konstitutiven Aktivitäten der Guanylatcyclasen führen ebenfalls zu einer Störung der cGMP-Synthese in der Photorezeptorzelle, die wiederum von RD3 beeinflusst werden. Eine Punktmutation im GCAP1, die Makula- Dystrophie mit Symptomen einer altersabhängigen Makula-Degeneration verursacht, haben wir auf strukturbezogene Funktionsverluste untersucht. Daraus ließ sich eine strukturbasierte Erklärung für die Fehlfunktion der Mutante ableiten, die eine deutlich eingeschränkt Flexibilität in der Proteindynamik zeigte (Pressemitteilung der Universität und Uni Info 3/2017).
Publications
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(2018) Photoreceptor Guanylate Cyclase (GUCY2D) mutations cause retinal dystrophies by severe malfunction of Ca2+-dependent cyclic GMP synthesis. Front. Mol. Neurosci. Vol. 11:348
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