Meccanismi di arresto del segnale

Figura 7. Meccanismi della fototransduzione nei bastoncelli. (A) Schema dei pathway di reazione nel segmento esterno dei bastoncelli (ROS). GCAP = guanylate-cyclase activating protein; hν = fotone; Rh = rodopsina; Rh* = rodopsina foto-attivata; Rh*~P = rodopsina fosforilata; complesso GAP (GTP-ase activating protein). + = stimolazione o modulazione positiva; - = inibizione o modulazione negativa. (B) Il diagramma di flusso descrive la sequenza di eventi attivata dalla luce nella fototransduzione. (Luo et al., 2008)

La risposta alla stimolazione garantita dai fotoni deve essere trasformata velocemente in un segnale nervoso, ma al tempo stesso la trasduzione del segnale deve essere interrotta. L’eccesso di segnale e un aumento troppo duraturo della concentrazione di Ca²⁺ potrebbe infatti portare all’apoptosi del fotorecettore (Sancho-Pelluz et al., 2008). Per far fronte a questo problema, la cellula è dotata di sistemi di recupero o sistemi a feedback con il compito di riportare il fotorecettore allo stato di riposo. Questi sistemi coinvolgono tutti i partecipanti al pathway di trasduzione del segnale: rodopsina, transducina, PDE6, il livello di cGMP presente nel segmento esterno, i canali CNG. Il ruolo principe nel meccanismo di recupero feedback è dato dal livello intracellulare di calcio (Luo et al., 2008).

La rodopsina una volta raggiunto lo stato di Metarodopsina II rimarrebbe a lungo in condizioni attivate se non intervenisse l’enzima Rodopsina Chinasi (GRK1). Tale enzima fosforila la rodopsina all’interno di una sequenza C-terminale di 15 residui. Essa è dotata di numerosi aminoacidi fosforilabili. Gli eventi di fosforilazione devono essere multipli (almeno tre) per garantire l’inattivazione dell’enzima (Mendez A et al. 2000). L’attività di GRK1 a sua volta è controllata dall’enzima recoverina, proteina che lega il calcio (Luo et al., 2008). L’alta concentrazione di calcio al buio spinge l’equilibrio verso il legame con la recoverina, che così diventa in grado di inibire l’azione della chinasi. Al contrario la luce provoca una diminuzione del calcio intracellulare, provocando il processo inverso. Il calcio si stacca dalla recoverina, che perde così la capacità di inibizione, liberando e attivando GRK1. La fosforilazione di rodopsina ne pregiudica in larga parte l’attività, comunque presente anche se a livelli molto bassi. Il legame dell’arrestina, che ha affinità per la rodopsina fosforilata, cancella totalmente il residuo di attività del G-coupled receptor (Luo et al., 2008).

Il passaggio successivo per il recupero del fotorecettore è quello che coinvolge la proteina G transducina in forma attivata e quindi legata all’inibitore PDE6γ. Il distacco della transducina si realizza solo con la reazione di idrolisi di ATP ad ADP. Questa reazione viene accelerata dal complesso GAP (GTPase Activating Protein), composto da 3 subunità: RGS9-1 (Regulator of G-protein Signaling) con l’attività GAP vera e propria, stabilizzata dai fattori Gβ5-L e R9AP (RGS9 Anchor Protein), quest’ultimo con funzione di ancoraggio alla membrana. Inoltre PDE6γ accelera l’attività del complesso GAP su transducina (Fu e Yau, 2007), garantendo che la maggior parte dell’attività di inibizione avvenga solo dopo che PDE6α e PDE6β siano state effettivamente liberate e rese in grado di idrolizzare il cGMP. Questo è il passaggio limitante della fase di recupero del fotorecettore e non coinvolge il Ca²⁺ (Krispel CM et al., 2006).

La concentrazione del Calcio dopo la terminazione del pathway torna ai livelli precedenti il segnale visivo: circa 250 nM. Il cGMP viene prodotto dagli enzimi Guanilato Ciclasi (GC), proteine transmembrana ancorate alla membrana dei dischi. Per esempio, sono presenti nella retina di topo in 2 forme: Ret-GC1 e Ret-GC2. A loro volta questi enzimi sono regolati da proteine leganti il calcio, GCAP (Guanylate Cyclase Activating Protein). Come si può osservare in Figura 7° e B, le GCAP legano il Calcio quando è presente in soluzione, ma vengono attivate quando la concentrazione dello ione diminuisce, stimolando la sintesi del cGMP da parte delle GC. Nella regolazione, GRK1 e GCAP hanno ruoli diversi: GRK1 interviene nel caso di illuminazione ad alta intensità mentre quando l’intensità della luce è media o limitata, diventa più importante il livello di cGMP e quindi il lavoro delle GCAP (Luo et al., 2008).