Rhodopsin ist als Sehpigment der Photorezeptorzellen einer der am aktivsten untersuchten GPCRs. Es besteht aus dem Apoprotein Opsin und dem inversen Agonisten 11-cis-Retinal. Der inaktivierende Ligand ist in der sieben Transmembran- Helix (TM)-Struktur des Rezeptors kovalent gebunden und muss durch Licht cis/trans-isomerisiert werden, um den Rezeptor zu aktivieren. Der aktivierte Rezep-tor katalysiert den Nukleotidaustausch im G-Protein und zerfällt innerhalb von Minuten in Opsin und all-trans-Retinal. Das visuelle Pigment wird dann durch erneute Beladung des Opsins mit 11-cis-Retinal wieder hergestellt. In der vorliegenden Arbeit wird die erfolgreiche Kristallisation des nativen Opsins aus der Stäbchenzelle der Rinderretina und die Bestimmung der Proteinstruktur bei 2.9 Å Auf-lösung dargestellt. Im Vergleich zur bekannten Struktur des inaktiven Rhodopsins zeigt Opsin deutliche Strukturänderungen in den konservierten E(D)RY und NPxxY(x)5,6F Regionen und in TM5-TM7. Auf der intrazellulären Seite ist TM6 ca. 6-7 Å nach außen gekippt, während die TM5 Helix verlängert und näher zu TM6 verschoben ist. Durch die strukturellen Änderungen, von denen einige einem aktiven GPCR Zustand zugeschrieben werden können, wird die leere Retinalbindungstasche reorganisiert, um zwei Öffnungen für Aus- und Eintritt von Retinal bereitzustellen. Die Struktur von Opsin liefert neue Erkenntnisse zur Bindung von hydrophoben Liganden an GPCRs, zur GPCR-Aktivierung und zur Signalübertragung auf das G-Protein. / Rhodopsin as the visual pigment in photoreceptor cells is one of the most actively studied GPCRs. It consists of the apoprotein opsin and the inverse agonist, 11-cis-retinal. The inactivating ligand is bound in the seven-transmembrane helix (TM) bundle and cis/trans-isomerized by light to activate the receptor. The active receptor state is capable of catalyzing nucleotide exchange in the G protein and decays within minutes into opsin and all-trans-retinal. The visual pigment is then restored by reloading opsin with new 11-cis-retinal. In the present work, the successful crystallization of native opsin from bovine retinal rod cells and determination of the protein structure to 2.9 Å resolution is presented. Compared with the known structure of inactive rhodopsin, opsin displays prominent structural changes in the conserved E(D)RY and NPxxY(x)5,6F regions and TM5-TM7. At the cytoplasmic side, TM6 is tilted outwards by 6-7 Å, whereas the helix structure of TM5 is more elongated and close to TM6. These structural changes, of which some are attributed to an active GPCR state, reorganize the empty retinal binding pocket to disclose two openings for exit and entry of retinal. The opsin structure thus sheds new light on binding of hydrophobic ligands to GPCRs, GPCR activation and signal transfer to the G protein.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:HUMBOLT/oai:edoc.hu-berlin.de:18452/16701 |
| Date | 17 February 2010 |
| Creators | Park, Jung Hee |
| Contributors | Hofmann, Klaus Peter, Herrmann, Andreas, Engelhard, Martin |
| Publisher | Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I |
| Source Sets | Humboldt University of Berlin |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralThesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
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