ロドプシン

ロドプシンは、視覚紫とも呼ばれ、RHO遺伝子^{[ 5 ]}とGタンパク質共役受容体（GPCR）によってコードされるタンパク質です。これは、桿体細胞で視覚光伝達を引き起こす光感受性受容体タンパク質です。ロドプシンは暗所視を媒介するため、光に対して非常に敏感です。^{[ 6 ]} ロドプシンが光にさらされると、すぐに光退色します。ヒトでは、約30分で完全に再生され、その後、桿体細胞の感度が高まります。^{[ 7 ]}ロドプシン遺伝子の欠陥は、網膜色素変性症や先天性静止性夜盲症などの眼疾患を引き起こします。

ロドプシンは1876年にフランツ・クリスティアン・ボルによって発見されました。^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}ロドプシンという名前は、ピンクがかった色をしていることから、古代ギリシャ語のῥόδον ( rhódon )「バラ」とὄψις ( ópsis )「視覚」に由来します。^{[ 11 ]} 1878年にドイツの生理学者ヴィルヘルム・フリードリヒ・キューネ(1837–1900) によって命名されました。^{[ 12 ] [ 13 ]}

ジョージ・ウォルドがロドプシンが網膜とアポタンパク質からなるホロタンパク質であることを発見したとき、彼はそれをオプシンと名付けましたが、今日ではより狭義にアポロドプシンと呼ばれます。^{[ 14 ]}今日では、オプシンという用語は、網膜に結合して光感受性光受容体となるGタンパク質共役受容体のクラスをより広く指し、密接に関連するすべてのタンパク質を含みます。^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ a ]}ウォルドらは後にニワトリの網膜からヨードプシンを単離し、それによって最初の既知の錐体オプシンを発見したとき、彼らはアポヨードプシンをフォトプシン（明所視との関連から）と呼び、アポロドプシンをスコトプシン（暗所視での使用から）と呼びました。^{[ 18 ]}

ロドプシンは、桿体細胞の外節円盤に存在するタンパク質です。暗い場所での単色視覚である暗所視覚を媒介します。 ^{[ 7 ] [ 19 ]} ロドプシンは緑青色の光（約500 nm）を最も強く吸収するため^{[ 20 ] [ 21 ]}、赤紫色に見え、そのため「視覚紫色」という古い用語が使われています。

密接に関連するいくつかのオプシンは、数個のアミノ酸と最も強く吸収する光の波長のみが異なる。ヒトは、ロドプシンを含めて9つのオプシン^{[ 15 ]}とクリプトクロム（光感受性はあるがオプシンではない）^{[ 22 ]を持っている。}

ロドプシンは、他のオプシンと同様に、Gタンパク質共役受容体（GPCR）です。^{[ 23 ] [ 24 ]} GPCRは、細胞膜の脂質二重層に埋め込まれた化学受容体であり、リガンド結合ポケットを形成する7つの膜貫通ドメインを持っています。 ^{[ 25 ] [ 26 ]}ロドプシンのリガンドは、ビタミンAベースの発色団である11-シス-レチナールです。[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] ^{[ 30 ] [ 31 ]これは細胞膜に対して水平に位置し}[ ^{32 ] 、} 7番目の膜貫通ドメインのリジン残基（lys296）^{[ 33 ]}にシッフ塩基を介して共有結合しています。^{[ 34 ] [ 32 ] [ 35 ] [ 36 ]}しかし、11-シスレチナールは結合ポケットをブロックするだけで、ロドプシンを活性化しません。11-シスレチナールが光子を吸収してオールトランスレチナールに異性化し、[ 37 ^{] [ 38 ]受容体}活性化型となり、^{[ 39 ] [ 40 ]}ロドプシンの構造変化を引き起こし、^{[ 39 ]}光伝達カスケードを活性化するときにのみ活性化されます。^{[ 41 ]}このように、化学受容体は光受容体または光(n)受容体に変換されます。^{[ 16 ]}

網膜結合リジンはほぼすべてのオプシンで保存されており、進化の過程でそれを失ったオプシンはごくわずかである。^{[ 16 ]}リジンを持たないオプシンは光感受性を持たない^{[ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]}。ロドプシンもその一つである。ロドプシンは、光がなくても、これらの変異によって構成的に（継続的に）活性化される。 ^{[ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]}また、野生型ロドプシンも、11-シス-レチナールが結合していない場合は構成的に活性化されるが、その程度ははるかに低い。^{[ 48 ]}したがって、11-シス-レチナールは逆アゴニストである。このような変異は、常染色体優性網膜色素変性症の原因の一つである。^{[ 47 ]}人工的に、網膜結合リジンを他の位置、さらには他の膜貫通ドメインに移動させても、活性は変化しない。^{[ 49 ]}

ウシのロドプシンは348個のアミノ酸からなり、レチナール結合リジンはLys296である。これはアミノ酸配列^{[ 50 ]}と3D構造が決定された最初のオプシンである^{[ 32 ]} 。その構造はロドプシン結晶のX線結晶構造解析によって詳細に研究されている^{[ 51 ]} 。いくつかのモデル（例えば、自転車のペダル機構、フラダンスのツイスト機構）は、レチナール基が包み込むロドプシンタンパク質ポケットと衝突することなくどのように立体構造を変化させることができるかを説明しようとしている^{[ 52 ] [ 53 ] [ 54 ]} 。最近のデータは、ロドプシンが長年Gタンパク質共役受容体のパラダイムであった二量体ではなく、機能的な単量体であることを支持している^{[ 55 ] 。}

ロドプシンは、その本来の膜内で高密度に存在し、光子を捕捉する能力を高めている。膜内に高密度に詰まっているため、ロドプシンが光子を捕捉する可能性が高くなる。しかし、高密度であることは、Gタンパク質シグナル伝達においては不利な点でもある。ロドプシンが密集した膜内では、必要な拡散がより困難になるためである。^{[ 56 ]}

ロドプシンは光伝達において必須のGタンパク質共役受容体である。

ロドプシン遺伝子の変異は、網膜色素変性症などの網膜のさまざまな疾患に大きく寄与している。一般的に、欠陥のあるロドプシンはユビキチンと凝集して封入体を形成し、中間径フィラメントネットワークを破壊し、機能しないタンパク質を分解する細胞の能力を損ない、光受容体のアポトーシスを引き起こす。^{[ 62 ]}ロドプシンの他の変異は、主にロドプシンの発色団結合ポケット付近で変異が発生した場合の構成的活性化により、X連鎖性先天性静止性夜盲症を引き起こす。 ^{[ 63 ]}ロドプシンに関連する他のいくつかの病理学的状態も発見されており、ゴルジ体後輸送不良、調節異常活性化、桿体外節不安定性、アレスチン結合などが含まれる。^{[ 63 ]}

• バクテリオロドプシンは、一部の好塩性細菌において光駆動型プロトンポンプとして利用されている。

• 米国国立医学図書館の医学主題見出し（MeSH）におけるロドプシン
• Kolb H、Fernandez E、Nelson R、Jones BW (2010年3月1日)。「Webvisionホームページ：網膜と視覚系の組織」。ユタ大学。
• ロドプシンタンパク質
• ロドプシンの光異性化、アニメーション。
• ロドプシンと目（ 2023年3月31日にWayback Machineにアーカイブ済み、画像付き要約）。