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Aqui, descrevemos dois métodos quantitativos para estudar as interações proteína-ligante dos receptores de membrana da vitamina A e da opsina fotorreceptora com seus respectivos ligantes fisiológicos.
A distribuição de vitamina A / retinol totalmente trans (ROL) em todo o corpo é fundamental para manter a função retinóide nos tecidos periféricos e gerar a proteína retinilideno para a função visual. RBP4-ROL é o complexo de ROL com a proteína de ligação ao retinol 4 (RBP4), que está presente no sangue. Dois receptores de membrana, o receptor 2 da proteína de ligação ao retinol 4 (RBPR2) no fígado e estimulado pelo retinol 6 retinol (STRA6) no olho, ligam-se ao RBP4 circulatório e esse mecanismo é crítico para internalizar o ROL nas células. O estabelecimento de métodos para investigar a cinética receptor-ligante é essencial para entender a função fisiológica dos receptores de vitamina A para a homeostase retinóide. Usando ensaios de Ressonância Plasmônica de Superfície (SPR), podemos analisar as afinidades de ligação e os parâmetros cinéticos dos receptores de membrana da vitamina A com seu ligante fisiológico RBP4.
Essas metodologias podem revelar novas informações estruturais e bioquímicas dos motivos de ligação a RBP4 em RBPR2 e STRA6, que são críticos para a compreensão dos estados patológicos de deficiência de vitamina A. No olho, o ROL internalizado é metabolizado em retinal 11-cis, o cromóforo visual que se liga à opsina nos fotorreceptores para formar a proteína retinilideno, rodopsina. A absorbância da luz causa a isomerização cis-para-trans da retina 11-cis, induzindo alterações conformacionais na rodopsina e a subsequente ativação da cascata de fototransdução. A diminuição das concentrações de ROL sérico e ocular pode afetar a formação da proteína retinilideno, que por sua vez pode causar localização incorreta da rodopsina, acúmulo de apoproteína opsina, cegueira noturna e degeneração do segmento externo dos fotorreceptores, levando à retinite pigmentosa ou amaurose congênita de Leber.
Portanto, metodologias espectrofotométricas para quantificar o complexo retiniano opsina-11-cis acoplado ao receptor acoplado à proteína G na retina são críticas para a compreensão dos mecanismos de degeneração das células da retina nos estados patológicos acima mencionados. Com essas metodologias abrangentes, os investigadores poderão avaliar melhor o suprimento de vitamina A na dieta na manutenção da homeostase retinóide sistêmica e ocular, que é crítica para gerar e manter as concentrações de proteína retinilideno nos fotorreceptores, o que é crítico para sustentar a função visual em humanos.
A vitamina A / retinol totalmente trans / ROL obtido na dieta é um componente importante que desempenha um papel na função visual 1,2. O cromóforo 11-cis retinal, um metabólito da vitamina A da dieta, liga-se à opsina do receptor acoplado à proteína G (GPCR) para gerar a proteína retinilideno, rodopsina, nos fotorreceptores. Quando a luz incide sobre o olho, a configuração da rodopsina sofre uma mudança fundamental por meio da conversão de seu componente 11-cis-retinal para o totalmente trans-retiniano. Essa mudança de configuração desencadeia uma cascata de fototransdução dentro dos fotorreceptores dos bastonetes, convertendo a luz em um sinal elétrico, que é transmitido ao córtex visual no cérebro através do nervo óptico 3,4,5,6,7,8,9,10 . Concentrações diminuídas de ROL sérico e ocular podem afetar a formação da proteína retinilideno, que por sua vez causa localização incorreta da opsina, acúmulo de apoproteína opsina, cegueira noturna e degeneração do EO dos fotorreceptores, levando à Retinite Pigmentosa ou Amaurose Congênita de Leber, que pode causar cegueira 3,10.
O retinol totalmente trans é a forma de transporte fundamental da vitamina A na dieta e é a fonte da qual todos os retinóides funcionais e metabólitos da vitamina A da dieta são derivados. O fígado serve como o principal órgão para o armazenamento de vitamina A na dieta. O retinol hepático é transportado através do soro como seu complexo com a proteína 4 de ligação ao retinol (RBP4). A RBP4, expressa principalmente no fígado, forma um holocomplexo com o substrato retinol e transtirretina (TTR), que entra na circulação 11,12,13,14,15,16,17. O relato de um receptor de superfície celular para RBP4 na década de 1970 levou à hipótese de proteínas de transporte de membrana auxiliando no transporte de retinóides para dentro e para fora das células. O receptor de superfície celular para retinol ligado a RBP4 (RBP4-ROL) foi identificado como estimulado pelo retinol de ácido retinóico 6 (STRA6) no epitélio pigmentar da retina (EPR) do olho. O STRA6 se liga ao complexo holo-RBP4 circulatório e transporta o retinol ligado ao RBP4 através do EPR para ser utilizado pelos fotorreceptores18,19. Mutações no STRA6 podem levar a uma miríade de doenças e fenótipos associados a concentrações reduzidas de ROL ocular. Mutações STRA6 durante o desenvolvimento podem levar a anoftalmia, microftalmia e outros sintomas não oculares que se sobrepõem aos fenótipos associados à síndrome de Matthew-Wood 20,21,22,23,24,25,26,27. O STRA6 é expresso em diferentes órgãos e tecidos, como o EPR no olho, mas não em todos os tecidos26,27. Embora o local primário de armazenamento de retinóides seja o fígado, o STRA6 não é expresso no fígado.
Alapatt e colegas descobriram que o receptor 2 da proteína de ligação ao retinol 4 (RBPR2) se ligava ao RBP4 com alta afinidade e era responsável pela captação de retinol ligado ao RBP4 no fígado, semelhante ao STRA6 no RPE28. Foi relatado que RBPR2 compartilha homologia estrutural com STRA6 29,30,31. Propõe-se que RBP4 se ligue aos resíduos S294, Y295 e L296 em RBPR2, um domínio de ligação a aminoácidos parcialmente conservado entre RBPR2 e STRA6 também 29,30,31. A partir desses estudos, propõe-se que os receptores de membrana da vitamina A, como STRA6 e RBPR2, que contêm um ou mais resíduos/domínios de ligação extracelular, interajam com o RBP4-ROL circulatório. Os receptores de membrana, portanto, desempenham um papel importante na ligação do receptor ao RBP4 circulatório para internalização do ROL nos tecidos-alvo, como o fígado e o olho.
Na primeira parte deste estudo, utilizamos a Ressonância Plasmônica de Superfície (SPR) para investigar a interação de dois receptores de membrana de vitamina A (RBPR2 e STRA6) com seu ligante fisiológico RBP431. As afinidades de ligação e a cinética de associação/dissociação de proteínas a complexos ligantes podem ser medidas em tempo real usando SPR. Essa metodologia teve como objetivo fornecer informações cinéticas, estruturais e bioquímicas críticas sobre os motivos de ligação a RBP4 em RBPR2 e STRA6, que são críticos para a compreensão dos estados patológicos de deficiência de vitamina A31,32. Como mencionado acima, o ROL circulatório é internalizado no EPR via STRA6 para gerar o cromóforo 11-cis retinal, que se liga à opsina para gerar a proteína retinilideno, rodopsina, nos fotorreceptores33. Usamos metodologias de espectrofotometria para quantificar a GPCR-opsina e seu complexo retiniano ligante 11-cis em lisados retinianos murinos, o que é fundamental para a compreensão dos mecanismos de redução da proteína retinilideno, rodopsina, em estados patológicos oculares de Retinite Pigmentosa ou Amaurose Congênita de Leber34. Em geral, esses protocolos podem ser aplicados para estudar in vitro as consequências fisiológicas da RBP4, STRA6 ou RBPR2 mutantes em influenciar a homeostase sistêmica e ocular da vitamina A ou o impacto da rodopsina mutante ou proteínas do ciclo retinóide na função visual35,36.
1. Metodologia de ressonância plasmônica de superfície (SPR)
2. Análise de SPR para determinar as afinidades de ligação e parâmetros cinéticos dos receptores de membrana da vitamina A (RBPR2 e STRA6) com seu ligante fisiológico RBP4
3. Metodologia de espectrofotometria para quantificar o complexo proteico retiniano GPCR-11-cis (retinilideno proteína rodopsina) em lisados retinianos
Métodos quantitativos são descritos para estudar as interações proteína-ligante de receptores de membrana de vitamina A e fotorreceptor opsina com seus respectivos ligantes fisiológicos. O RBP4 de camundongo recombinante deve ser expresso em E. coli e a proteína purificada usada como ligante conjugado em um chip SPR. O RBPR2, STRA6 sintetizado quimicamente e o mutante S294A RBPR2 "SYL motif RBP4 interacting extracellular site" de um peptídeo de ~ 40 aminoácidos é usado...
Etapas críticas no protocolo
Metodologia SPR
Modelagem in silico e análise de docking: A estrutura prevista de RBPR2 (https://alphafold.ebi.ac.uk/entry/Q9DBN1) e STRA6, e a estrutura conhecida para obanco de dados ms RBP4 PDB (RSCB PDB ID: 2wqa), devem ser usadas para o estudo de docking29,31. Além disso, métodos in vitro (cultura de células) devem ser usados...
Os autores declaram não haver conflito de interesses. Os financiadores não tiveram nenhum papel no desenho do estudo; na coleta, análise ou interpretação de dados; na redação do manuscrito ou na decisão de publicar os resultados.
Os autores agradecem à Dra. Beata Jastrzebska, Ph.D. (Departamento de Farmacologia, Case Western Reserve University, OH) por seus conselhos sobre o protocolo de absorbância de rodopsina. Este trabalho foi apoiado por uma bolsa do NIH-NEI (EY030889 e 3R01EY030889-03S1) e, em parte, pelos fundos iniciais da Universidade de Minnesota para a GPL.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
2-D Quant Kit | Cytiva | 80648356 | |
Amine Coupling Kit | Cytiva | BR100050 | |
Biacore evaluation software | Biacore S200 | Version 1.1 | |
Biacore Sensor chip CM5 | Cytiva | BR100530 | |
Bis tris propane | Sigma | B6755-25G | 20 mM |
BL21 DE3 competent cells | Thermo Scientific | EC0114 | |
CD spectrophotometer | Jasco | J-815 Spectropolarimeter | |
Glycine HCL | Fisher Bioreagents | BP381-1 | |
GraphPad Prism | Model fitting, data analysis | ||
LB broth | Fisher Bioreagents | BP1426-500 | |
n-dodecyl-β-d-maltoside (DDM) | EMD Millipore | 324355-1GM | 2-20 mM |
pET28a His-tag Kanamycin-resistant expression vector | Addgene | 69864-3 | |
Plasmid purification kit | Qiagen | 27106 | |
Rho1D4 MagBeads | CubeBiotech | 33299 | |
Slide-A_Lyzer 10K dialysis cassette | Thermo Scientific | 66810 | |
Tween20 | Fisher Bioreagents | BP337-500 | 0.05% |
UV vis Spectrophotometer | Agilent | Cary 60 UV-Vis | |
Peptide name | Peptide sequence | HPLC-purity | Mass Spec |
Mouse Rbpr2 (42) | HVRDKLDMFEDKLESYLTHM NETGTLTPIILQVKELISVTKG | 92.14% | Conforms |
Mouse Stra6 (40) | SVVPTVQKVRAGINTDVSYL LAGFGIVLSEDRQEVVELVK | 90.84% | Conforms |
Mouse Rbpr2 mutant S294A (42) | HVRDKLDMFEDKLEAYLTHM NETGTLTPIILQVKELISVTKG | 0.92% | Conforms |
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