Novo estudo mostra semelhanças e diferenças na formação da visão humana e de insetos
Atividade enzimática de TnNinaB em relação a substratos carotenóides e xantofilas. a, as isomerooxigenases NinaB encontradas em insetos (representadas pela silhueta da mariposa) clivam o β-caroteno (1) para gerar todo-trans-RAL (2) e o cromóforo visual 11-cis-RAL (3). Nos vertebrados (representados pela silhueta humana), a biossíntese de 11-cis-RAL requer duas enzimas CCD separadas (BCO1 e RPE65). b, cromatogramas de HPLC demonstrando que TnNinaB apresenta atividade isomerooxigenase em relação ao β-caroteno. c, Esquema da atividade de NinaB em relação à zeaxantina (4) gerando (3R)-3-hidroxi-all-trans-RAL (5) e (3R)-3-hidroxi-11-cis-RAL (6), este último servindo como o cromóforo visual em insetos. d, cromatogramas de HPLC demonstrando que TnNinaB apresenta atividade isomerooxigenase em relação à zeaxantina. e, Esquema da atividade de NinaB em relação à xantofila assimétrica, luteína (7), gerando (3R,6R)-3-hidroxi-all-trans-α-RAL (8) e (3R)-3-hidroxi-11-cis- RAL (6). f, cromatogramas de HPLC demonstrando que TnNinaB apresenta atividade isomerooxigenase em relação à luteína. A BSA foi utilizada como controle negativo para os ensaios. Os produtos RAL foram convertidos em derivados de oxima antes da análise por HPLC, que é indicada por asteriscos próximos aos números dos compostos em b, d e f. Os cromatogramas foram registrados em um comprimento de onda de 360 nm. As inserções em b, d e f mostram espectros de absorção para cada um dos picos rotulados, confirmando suas identidades. Os números acima dos máximos espectrais estão em nanômetros. Os dados são representativos de três réplicas. Crédito:Biologia Química da Natureza (2024). DOI:10.1038/s41589-024-01554-z Pesquisadores da Universidade da Califórnia, Irvine, descobriram semelhanças profundas e diferenças surpreendentes entre humanos e insetos na produção da molécula crítica de absorção de luz da retina, 11-cis-retinal, também conhecida como "cromóforo visual". As descobertas aprofundam a compreensão de como as mutações na enzima RPE65 causam doenças da retina, especialmente a amaurose congênita de Leber, uma doença devastadora que causa cegueira infantil.
Para o estudo, publicado recentemente na revista Nature Chemical Biology , a equipe usou cristalografia de raios X para estudar NinaB, uma proteína encontrada em insetos que funciona de forma semelhante à proteína RPE65 encontrada em humanos. Ambos são cruciais para a síntese de 11-cis-retinal e sua ausência resulta em deficiência visual grave.
"Nosso estudo desafia as suposições tradicionais sobre as semelhanças e diferenças entre a visão humana e a dos insetos", disse o autor correspondente Philip Kiser, professor associado de fisiologia e biofísica da UCI, bem como de oftalmologia. “Embora essas enzimas compartilhem uma origem evolutiva comum e uma arquitetura tridimensional, descobrimos que o processo pelo qual elas produzem 11-cis-retinal é distinto”.
A criação do 11-cis-retinal começa com o consumo de alimentos como cenoura ou abóbora contendo compostos utilizados para a geração de vitamina A, como o beta-caroteno. Esses nutrientes são metabolizados por enzimas de clivagem de carotenóides, incluindo NinaB e RPE65.
Já se sabia que os humanos necessitam de duas dessas enzimas para produzir 11-cis-retinal a partir do beta-caroteno, enquanto os insetos podem conseguir a conversão apenas com NinaB. Obter informações sobre como o NinaB pode acoplar as duas etapas em uma única reação, juntamente com as relações funcionais entre o NinaB e o RPE65, foi uma motivação chave para o estudo.
“Descobrimos que estruturalmente estas enzimas são muito semelhantes, mas os locais onde realizam a sua actividade são diferentes”, disse o autor principal Yasmeen Solano, estudante de pós-graduação no laboratório de Kiser no UCI Center for Translational Vision Research.
"A compreensão dos principais recursos da estrutura do NinaB levou a uma melhor compreensão do maquinário catalítico necessário para apoiar a função dos pigmentos visuais da retina. Através do nosso estudo do NinaB, pudemos aprender sobre a estrutura de uma parte importante do RPE65 que não tinha sido resolvido anteriormente. Esta descoberta é vital para compreender e abordar mutações de perda de função no RPE65”.
Outros membros da equipe incluíam Michael Everett, especialista júnior do laboratório Kiser, e Kelly Dang e Jude Abueg, na época estudantes de graduação em ciências biológicas.
Mais informações: Yasmeen J. Solano et al, Enzimas de clivagem de carotenóides evoluíram convergentemente para gerar o cromóforo visual, Nature Chemical Biology (2024). DOI:10.1038/s41589-024-01554-z Fornecido pela Universidade da Califórnia, Irvine
