Die Interaktion des Photorezeptors der Stäbchenzelle, Rhodopsin, mit dem G-Protein Transducin (Gt), initiiert die intermolekulare Transduktion des Lichtsignals. Um die Signalzustände des Photorezeptors wieder in den Grundzustand zurückzuführen, müssen das belichtete Rhodopsin (Rh*) und das aktivierte Transducin abgeschaltet bzw. deaktiviert werden. Die Deaktivierung wird durch die Interaktion der Rhodopsinkinase (RK) mit Rh* eingeleitet. Sie führt zur Aktivierung des Enzyms und zur Phosphorylierung des Rezeptors. Der phosphorylierte, aktive Rezeptor wird von Arrestin erkannt, dessen feste Bindung die Weiterleitung des Signals zum Transducin unterbindet. Das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen RK, Arrestin und seiner splice- Variante (p44) mit dem Rezeptor konnte durch die hier vorgelegten Ergebnisse entscheidend erweitert werden. Zum ersten Mal wurde gezeigt, dass sowohl die C-terminale als auch die N-terminale Domäne des Arrestinmoleküls an der Rezeptorinteraktion beteiligt sind. Weiterhin konnten die funktionellen Unterschiede der Arrestin und p44 Wechselwirkung mit dem Rezeptor Rhodopsin analysiert und eine physiologische Rolle des p44 im Stäbchenaußensegment abgeleitet werden. Die massive licht-induzierte Translokation des visuellen G-Proteins zwischen dem lichtsensitiven Außensegment und dem Innensegment der Photorezeptorzelle trägt zur Langzeit-Adaptation der Signaltransduktion bei. Die Ca2+-induzierte Bildung eines Komplexes aus Gt und Centrinen dürfte an der Regulation dieser Translokation beteiligt sein. In Säugerzellen sind vier Isoformen bekannt, die mit Centriolen von Centrosomen, Spindelkörpern und Basalkörpern assoziiert sind. Darüber hinaus werden alle vier Centrinisoformen in den Photorezeptorzellen der Säugetierretina expremiert und zeigen deutliche Bindungseigenschaften zu Gt Heterodimeren. Die hochaffine Bindung zum Gt und die differenzielle Lokalisation der Centrinisoformen Cen1 und Cen2 im Verbindungscilium weisen darauf hin, dass diese Isoformen zur Tansducin- Centrin-Komplexbildung beitragen und an der Regulation des Transducintransportes durch das Cilium beteiligt sind. Nicht nur Ca2+ reguliert die Funktion der Centrinisoformen, sondern ebenfalls die Phosphoylierung bestimmter Stellen im Molekül. In vitro und ex vivo Untersuchungen zeigen, dass Centrine lichtabhängig phosphoryliert werden können. Durch Untersuchungen mit Kinaseinhibitoren konnte Kaseinkinase II als ein möglicher Kandidat der lichtabhängigen Centrinphosphorylierung identifiziert werden.
The interaction of the photoreceptor of the rod cell, rhodopsin with the G protein transducin (Gt), initiates the intermolecular transduction of the light signal. To move the signal conditions of the photoreceptor back into the ground state, the light activated rhodopsin (Rh*) and the activated transducin must be switched off or deactivated. The deactivation starts with the interaction of the rhodopsin kinase (RK) to Rh*. This interaction leads to the activation of the enzyme and to the phosphorylation of the receptor. Phosphorylation of the active receptor increases its affinity for arrestin which deactivates the visual cascade by direct competition with transducin. The understanding of the interactions between RK, arrestin and its splice variant (p44) with the receptor could be improved essentially by the results presented here. It could be shown for the first time that both the C-terminal and the N-terminal domain of the arrestin molecule are involved in the receptor interaction. Furthermore the functional differences of the arrestin and p44 interaction with the receptor rhodopsin were analyzed and the physiological role of p44 in the rod outer segment could be derived. Massive translocation of the visual G-protein between subcellular compartments contributes to long term adaptation of photoreceptor cells. Ca2+-triggered assembly of a centrin-transducin complex in the connecting cilium of photoreceptor cells may regulate these transducin translocations. Centrins are members of the superfamily of Ca2+-binding EF-hand proteins. In mammal cells, up to four centrin isoforms are commonly associated with centrioles of centrosomes and spindle poles. Furthermore all four centrin isoforms are expressed in the mammalian photoreceptor cells and reveal binding potential to Gt heterodimers. High affinity binding to Gt and subcellular localization of the centrin isoforms Cen1 and Cen2 in the connecting cilium indicates that these isoforms contribute to the centrin-transducin complex and potentially participate in the regulation of transducin translocation through the photoreceptor cilium. The function of centrin isoforms is not only regulated by Ca2+ but also by the phosphorylation of specific sites in the molecule. In vitro and ex vivo phosphorylation assays indicated that centrins are phosphorylated in a light-dependent manner. Treatments with kinase inhibitors revealed the casein-kinase II as a candidate for the light-dependent centrin phosphorylation.
