La rodopsina es el fotopigmento de los bastones, las células fotorreceptoras de la retina de los vertebrados. Esta proteína es un receptor de siete hélices transmembranales que pertenece a la familia de los receptores acoplados a proteína G (GPCR). Se han estudiado mutantes puntuales de la rodopsina relacionados con la Retinosis pigmentaria (RP), una enfermedad degenerativa progresiva de la retina, utilizando técnicas de mutagénesis dirigida y técnicas espectroscópicas. Esto ha permitido aportar nuevos conocimientos sobre el estudio de la estructura-función en la rodopsina. Hemos realizado el análisis de varias mutaciones asociadas a RP, localizadas en los diferentes dominios de la proteína: transmembranal, intradiscal y citoplasmático. Por otro lado se ha llevado a cabo un estudio detallado de diferentes mutaciones en la posición 125, asociada a RP, para aportar información precisa sobre la implicación de este residuo en la estructura y el mecanismo de activación del receptor. Mediante espectroscopia de absorción en el UV-Vis se ha determinado la capacidad de regeneración de las proteínas con el 11-cis-retinal. La capacidad de los mutantes de activar la proteína G ha sido determinada mediante espectroscopia de fluorescencia. Las mutaciones de RP G106W, G114D, P171Q y H211R provocan un mal plegamiento de las proteínas ya que impiden la regeneración con el cromóforo. Los mutantes de rodopsina M44T, R135L, V137M y L328P pueden unir 11-cis-retinal pero presentan una activación de la proteína G alterada. El conjunto de resultados obtenidos de la caracterización de los mutantes en la posición 125 situada próxima al anillo de la b-ionona indican que es clave para mantener la estructura del bolsillo de unión del cromóforo. Las sustituciones en esta posición pueden alterar la conformación óptima del bolsillo del retinal y consecuentemente la estructura y señalización del receptor. Estos resultados obtenidos a nivel molecular se discuten en relación con los procesos degenerativos de la retina observados en la RP. / Rhodopsin is the visual pigment of rod phototoreceptor cells in the vertebrate retina which mediate dim light vision. This protein is a seven transmembrane helical receptor belonging to the G-protein-coupled receptor (GPCR) superfamily. We have studied point mutations in rhodopsin associated with the retinal degenerative disease retinitis pigmentosa (RP) by using a combination of molecular biology and biophysical techniques, namely site-directed mutagenesis and spectroscopic techniques. This approach has allowed new insights into structure-function relationships in rhodopsin to be obtained. We have expressed and characterised mutations associated with RP in the different domains of the protein: transmembrane, intradiscal and cytoplasmic. In addition, a set of mutations at position 125 (site of the Leu-125-Arg RP mutation) have also been studied to further investigate the role of Leu 125 in the correct folding and function of rhodopsin. The ability of the proteins to bind 11-cis-retinal was determined by means of UV-Vis spectroscopy, and the functionality of the mutant proteins was determined from its ability to activate the G protein transducin, as measured by fluorescence spectroscopy. The RP-related mutations, G106W, G114D, P171Q and H211R cause misfolding of the mutant proteins, this resulting in impaired 11-cis-retinal binding and chromophore regeneration. Rhodopsin mutants M44T, R135L, V137M and L328P regenerated in the presence of 11-cis-retinal but its G-protein activation ability was altered. The results from the characterisation of mutants at position 125, located close to the b-ionone ring of the retinal chromophore, indicated that this position is important in maintaining the correct structure of the retinal binding-pocket. Substitutions at this position may alter the structure of the binding-pocket and, consequently, the correct structure and signalling mechanism of the receptor. The possible correlation between the molecular results obtained from the mutant proteins studied, and the clinical progression observed in patients affected by RP, is discussed.

La retinosi pigmentària (RP) és una malaltia degenerativa de la retina amb caràcter hereditari. Aquesta malaltia pot presentar diferents tipus d'herència: autosòmica dominant, autosòmica recessiva, lligada al cromosoma X i algunes formes digèniques i mitocondrials. La retinosi pigmentària autosòmica dominant (RPAD) està causada majoritàriament per mutacions en gens amb expressió específica a la retina i que codifiquen proteïnes involucrades principalment en la funció, estructura i desenvolupament de la retina. Tot i així, en els darrers anys, s'ha vist que mutacions en certs gens amb expressió ubiqua només provoquen patologia a la retina. Alguns d'aquests gens codifiquen proteïnes implicades en el processament del mRNA o "splicing". Tres d'aquests factors són les proteïnes PRPF3, PRPF8 i PRPF31. Mutacions en "trans" en aquests factors de "splicing" sembla ser que provoquen RPAD. D'altra banda, també s'ha vist que mutacions en "cis" en els senyals de "splicing" del gen de la rodopsina (RHO), associat a RP, també provoquen RPAD.En aquest treball es realitza un cribatge mutacional en els gens que codifiquen els factors PRPF3, PRPF8 i PRPF31 en pacients afectats per la RPAD. Es realitza la correlació fenotip-genotip en els pacients portadors de mutacions en aquests gens. Mitjançant microarrays de DNA s'estudia el perfil d'expressió gènica en alguns pacients portadors de mutacions en algun d'aquests gens per tal d'esbrinar el mecanisme patogènic que pot estar provocant la malaltia. Pel que fa a les mutacions en senyals de "splicing" del gen RHO, s'estudien els efectes d'aquestes mutacions sobre el processament del mRNA de RHO. / Retinitis pigmentosa (RP) is an inherited and degenerative disease of the retina. This disease presents different types of inheritance: autosomal dominant, autosomal recessive, X-linked and some digenic and mitochondrial forms. In most cases, autosomal dominant retinitis pigmentosa (ADRP) is caused by mutations in genes specifically expressed in the retina that codify proteins mainly involved in function, structure and development of the retina. However, in the last years it seems that mutations in certain genes with ubiquituous expression only cause pathology in the retina. Some of these genes codify proteins involved in the pre-mRNA splicing. Three of these factors are PRPF3, PRPF8 and PRPF31. It seems that trans-mutations in these splicing factors can cause RPAD. On the other hand, cis-mutations in splicing sites in the rhodopsin gene, associated to RP, also cause RPAD.In this work, a mutational screening in genes coding for PRPF3, PRPF8 and PRPF31 factors has been performed in patients affected of ADRP. Phenotype-genotype correlation has been done in patients carrying mutations in these genes. Through DNA microarrays, gene expression profile has been studied in some patients carrying mutation in some of these genes to ascertain the pathogenic mechanism that can cause the disease. Regarding mutations in splicing sites of the RHO gene, effects of these mutations in the splicing process are discussed.

La rodopsina és el fotoreceptor visual responsable de la visió a baixa intensitat lumínica que es troba en les cèl·lules bastó de la retina. Aquesta proteïna és el model per excel·lència de la superfamília de receptors acoblats a proteïna G (GPCR), que estan constituïts per 7 hèlices transmembrana, i que tenen un gran interès farmacològic. La rodopsina és l'únic membre de la superfamília l'estructura del qual s'ha determinat per difracció de Raigs X. El seu estudi és de vital importància per determinar aquells motius estructurals comuns als GPCR, així com per contribuir a l'elucidació dels trets bàsics d'un mecanisme d'activació comú. A més, l'estudi de mutacions en rodopsina associades a malalties de la retina com la retinosi pigmentària (RP) i la ceguesa nocturna congènita (CNC), ha de permetre determinar les bases moleculars d'aquestes patologies. L'objectiu principal d'aquesta tesi és aprofundir en l'estudi dels determinants estructurals de l'estabilitat, així com també contribuir a desxifrar els mecanismes moleculars de la RP i la CNC. Per això s'ha estudiat l'efecte de factors externs, com la unió de cations (en particular del zenc), i l'estat de l'entorn lipídic (alterant la concentració del detergent dodecil maltòsid) en l'estabilitat de diferents estats de la rodopsina i del seu cromòfor. També s'ha determinat com afecten l'estabilitat i la conformació de la rodopsina mutacions puntuals associades a la CNC, T94I, i a la RP, L46R; i a la xarxa electrostàtica present entre la part citoplasmàtica de les hèlices 3 i 6 mitjançant la construcció de mutants senzills, dobles i triples en les posicions 134, 247 i 251, els quals s'ha vist que estan implicats en el canvi conformacional de pas a la forma activa. Els mutants s'han obtingut mitjançant tècniques de DNA recombinant, les proteïnes mutades s'han expressat en cèl·lules COS-1, immunopurificat amb l'anticòs monoclonal Rho-1D4, i caracteritzat per espectrofotometria UV-visible.Els resultats obtinguts demostren que el zenc s'uneix de manera específica a la rodopsina, disminuint la seva estabilitat tèrmica i la seva capacitat d'unir 11-cis-retinal.També s'ha demostrat que la temperatura provoca la isomerització específica de l'11-cis-retinal a tot-trans-retinal quan aquest es troba unit a rodopsina però no quan es troba lliure en solució. Això reforça la idea de la interacció òptima present entre els aminoàcids de la butxaca del retinal i el cromòfor. Pel que fa a l'estudi de l'efecte de l'entorn lipídic en l'estructura i estabilitat de la rodopsina, s'ha mostrat que elevades concentracions de detergent desestabilitzen la conformació activa (Metarodopsina II) però promouen la formació d'un fotointermediari inactiu (Metarodopsina III). El detergent, doncs, juga un paper molt important en el desplaçament de l'equilibri entre els diferents fotointermediaris.En el cas dels mutants associats a malalties de la retina, la mutació T94I disminueix l'estabilitat de la conformació inactiva però estabilitza enormement la conformació activa, indicant un paper rellevant de la T94 en l'estabilització d'una xarxa electrostàtica en l'entorn de la base de Schiff. La mutació L46R en la hèlix 1 i causant de la RP impedeix que la proteïna es processi correctament i arribi a la membrana. Aquest resultat posa èmfasi per primera vegada en la importància de l'hèlix 1 per a l'estructura de la rodopsina i probablement per altres GPCR. L'estudi dels mutants en les posicions 134, 247 i 251 en la part citoplasmàtica de les hèlices 3 i 6 ha confirmat que aquestes posicions són importants per a l'estabilitat de la conformació inactiva de la rodopsina. Es proposa una paper central de la posició 251 en l'estructura i l'estabilitat de la xarxa eletrostàtica que implica aquestes posicions.