Rhodopsin, a dim-light receptor, is a model system for the study of G protein-coupled receptors that transduce extracellular signals into cells. To study the molecular mechanisms of visual systems in fish, the rod opsin gene of olive flounder Paralichthys olivaceus was characterized. The full-length P. olivaceus opsin gene was obtained by PCR amplification of genomic DNA, as well as cDNA synthesis. A comparison of clones obtained from both methods indicated that the olive flounder rod opsin gene lacks introns. Sequence analysis of the opsin gene indicated that it contains a 1,056-bp open reading frame encoding 352 amino acids. The deduced amino acid sequence contains features of typical rod opsins, such as sites for Schiff's base formation (K296) and its counterion (E113), disulfide formation (C110 and C187), and palmitoylation (C322 and C323). An opsin sequence alignment showed the highest similarity between P. olivaceus and Solea solea (95.1%), followed by Hippoglossus hippoglossus (94.5%). An opsin phylogenetic tree revealed a close relationship between olive flounder and teleost rod opsins.
To investigate the visual and extra-ocular photoreception, we cloned the opsin genes in ayu (Plecoglossus allivelis). Amplified fragments encoding exon-4 (-5) of opsin cDNAs were cloned from the retina and brains of ayu, and sequenced. One clone was identified as rod (AYU-Rh), two as green cone (AYU-GI, -G2), one as red cone (A YU-R), two as ultraviolet cone (AYU-UVl, UV2), one as VA (AYU-VA), and one as extra-ocular rod (AYU-ExoRh) opsins. 335 amino acids sequence deduced from the full-length cDNA of AYU-Rh showed high identity with that of other fish. Southern blotting analysis indicated that ayu possess two 'rhodopsin' genes, one is visual rhodopsin and the other is non-visual extra-ocular rhodopsin. In situ hybridization showed that the mRNA of AYU-Rh was localized only in rod cells in the retina. On the other hands, AYU-ExoRh was expressed only in the pineal. We cloned two isoforms (AYU-VAM and -VAL) of VA opsin from ayu. The deduced amino acid sequences of these variants were identical to each other within the first 342 residues, but they showed divergence in the C-terminal sequence. AYU- VAL corresponded to the long isoform found in other fish, and AYU-VAM was identified as a new type of VA opsin variant. Pal-VAM is a new probably functional non-visual photoreceptive molecule in fish.
To produce healthy and stable seed production, we need to obtain information and understand vision that affects behavior of red spotted grouper. We examined their expression and retinal development during the juvenile development. Short-wavelength sensitive opsin (SWS2), a cone photoreceptor, began to be expressed from lens and ear vesicle formation stage and its expression increased until 10 days after hatching (dah). In case of middle-wavelength sensitive opsin (MWS), its expression was detected at 3 dah and reached the highest level at 21 dah. The expression of long-wavelength sensitive opsin (LWS) was first observed from 3 dah and their expression decreased thereafter. Rhodopsin, a rod photoreceptor, was found to be expressed from 2 dah and its expression reached the highest level at 50 dah. The outer nuclear layer (ONL), inner nuclear layer (INL) and ganglion cell layer began to differentiate at 2 dah, while choroid first appeared at 4 dah so that the eyes became black. These results indicate that the development of retina mostly completes around 4 dah. It seems that the development of the retina and the expression of the opsin genes are closely related to the behavior such as hunting prey, considering that the timing of the completion of the development of the retina, the timing of gene expression, and the timing of completion of yolk absorption are similar.
G Protein-coupled receptors (GPCRs) mediating wide ranges of physiological responses is one of the most attractive targets for drug development. Rhodopsin, a dim-light photoreceptor, has been extensively used as a model system for structural and functional study of GPCRs. Fish have rhodopsin finely-tuned to their habitats where the intensity and the wavelength of lights are changed depending on its water-depth. To study the detailed molecular characteristics of GPCR architecture and to understand the fishery light-sensing system, genes encoding rod opsins were isolated from fishes living under different photic environments. Full-length rod opsin genes were obtained by combination of PCR amplification and DNA walking strategy of genomic DNA isolated from olive flounder, P. olivaceus, Japanese eel, A. japonica, and Common carp C. carpio. Deduced amino acid sequences showed a typical feature of rod opsins including the sites for Schiffs base formation (Lys296) and its counter ion (Glu113), disulfide formation (Cys110 and Cys187), and palmitoylation (Cys322 and Cys323) although Cys322 is replaced by Phe in Japanese eel. Comparison of opsins by amino acid sequence alignment indicated the closest similarity between P. olivaceus and H. hippoglossus (94%), A. japonica and A. anguilla (98%), and C. carpio and C. auratus (95%), respectively.
목적: 본 연구는 망막색소상피층에 색소가 존재하는 mouse에서 청색광으로 인해 광수용세포 손상이 일어날 수 있는지 확인하고, 광수용세포 중 특이적 세포에서 세포사멸이 유도되는지 조사하여 청색광에 의해 야기될 수 있는 연령관련 황반변성의 기전 규명과 치료제 개발에 도움이 되고자 진행되었다. 방법: C57black mice를 24시간 암순응 시켜 463 nm의 청색광을 $2800{\pm}10lux$로 조사한 후 1일, 3일, 7일째에 안구를 적출하였다. 청색광의 자극은 GFAP(Glial fibrillary acidic protein)단백질의 발현을 이용하여 확인하였고, 광수용세포의 세포사멸은 TUNEL(Terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling)을 사용하여 분석하였다. Western blotting으로 ERK(Extracellular signal-regulated kinases), c-JUN, SRC(Sarcoma) 단백질 발현을 확인하였고, 막대세포와 원뿔세포의 손상 정도를 비교하기 위해 면역염색으로 분석하였다. 결과: 청색광을 조사한 후 1, 3, 7일이 지난 망막은 대조군 보다 전체적으로 두께가 감소하였고, 각 얼기층보다 핵층에서 두께 감소를 확인할 수 있었다. 또한 청색광을 조사한 후 1일 지난 Muller glia에서 GFAP 단백질이 증가하는 것을 확인하였다. TUNEL 염색에서는 청색광을 조사한 후 1일 지난 망막의 광수용세포에서 가장 많은 발현을 보였다. 세포사멸 기전 과정 중 하나임을 확인하기 위해 ERK, c-JUN, SRC 단백질 활성을 확인한 결과 청색광을 조사한 망막에서 phosphorylated ERK는 증가하였고 phosphorylated SRC는 조사 후 1일에서만 증가를 나타내었으며, 반대로 phosphorylated c-JUN은 조사 후 1일에서만 감소하였다. 청색광을 조사한 망막에서 막대세포 발색단인 로돕신과 원뿔세포의 발색단인 옵신이 감소하였으며, 옵신의 감소량은 로돕신의 감소량보다 큰 것을 확인하였다. 결론: 본 연구는 청색광이 망막에 손상자극을 주고, ERK와 SRC 신호전달과 관련하여 광수용세포의 세포사멸을 일으킬 수 있으며 청색광이 광수용세포 중 원뿔세포의 세포사멸을 직접적으로 유도하여 망막 손상을 야기할 수 있다는 가능성을 제시하였다.
Light is a major environmental signal for entrainment of the circadian clock, but little is known about the phototransduction pathway triggered by light-activation of photoreceptive molecule(s) responsible for the phase shift of the clock in vertebrates. The chicken pineal gland and retina contain the autonomous circadian oscillators together with the photic entrainment pathway, and hence they provide useful experimental model for the clock system. We previously demonstrated the expression and light-dependent activation of rod-type transducin $\alpha$-subunit (Gtl$\alpha$) in the chicken pineal gland. It is unlikely, however, that the pineal Gt$_1$$\alpha$ plays a major role in the photic entrainment, because the light-induced phase shift is unaffected by bloking the signaling function of Gt$_1$$\alpha$. Here, we show the expression of G 11 $\alpha$, an $\alpha$-subunit of another heterotrimeric G-protein, in the chicken pineal gland and retina by cDNA cloning, Northern blot and Western blot analyses. GIl$\alpha$-immunoreactivity was colocalized with pinopsin in the chicken pineal cells and it was found predominantly at the outer segments of photoreceptor cells in the retinal sections, suggesting functional coupling of G11 $\alpha$ with opsins in the both the tissues. By coimmunoprecipitation experiments using the retina, we showed the light- and GTP-dependent interaction between rhodopsin and G11 $\alpha$. Upon ectopic expression of a Gq/ 11-coupled receptor in cultured pineal cells, pharmacological (non-photic) activation of endogenous G11 induced phase-dependent phase shifts of the melatonin rhythm in a manner very similar to the effect of light. These results suggested opsin-G11 pathway contributing to the photic entrainment of the circadian clock.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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