Os Fotorreceptores de Melanopsina em Mamíferos São Notavelmente Conservados em 22 Espécies

Melanopsina (OPN4) é um receptor acoplado à proteína G expresso em células ganglionares da retina intrinsecamente fotossensíveis (ipRGCs, do inglês *intrinsically photosensitive retinal ganglion cells*) que orquestra a fotoentretenimento circadiano, o reflexo pupilar à luz e outros comportamentos não visuais mediados pela luz. Apesar de sua importância biológica, as regras moleculares que governam seu ajuste espectral — o mecanismo pelo qual a composição de aminoácidos determina o pico de sensibilidade ao comprimento de onda (λmax) — permaneciam amplamente desconhecidas na extensão dos mamíferos.

Pesquisadores da Universidade de Manchester sintetizaram cDNA de melanopsina de 8 espécies diversas de mamíferos — incluindo morcego-ferradura, rato-toupeira, esquilo-listrado-de-treze-linhas, baleia da Groenlândia, peixe-boi, rena, ornitorrinco e dunnart-de-cauda-gorda — e os expressaram em células HEK293T suplementadas com 11-*cis* retinal. Utilizando um repórter de cálcio luminescente (aequorina) e 6 pulsos de luz espectralmente distintos em uma faixa de intensidades, os pesquisadores empregaram uma abordagem de modelagem por *bootstrap* para determinar o λmax que melhor previa a amplitude de resposta entre comprimentos de onda e intensidades. Os resultados foram combinados com dados previamente publicados de 14 espécies adicionais para criar o conjunto de dados espectrais de melanopsina em mamíferos mais abrangente até o momento.

Entre todas as 22 espécies, o λmax da melanopsina situou-se dentro de uma estreita janela de 23 nm — de 474 nm (esquilo-listrado-de-treze-linhas) a 497 nm (ornitorrinco) —, com uma média grupal de 484,4 nm. Essa variação é comparável à variação da opsina dos bastonetes (RH1) entre as mesmas espécies (~19 nm), e muito menor do que a variação observada nas opsinas dos cones (SWS1: 359–450 nm; MWS: 490–567 nm). Criticamente, essa variação não apresentou forte correlação com parentesco filogenético, ecologia da iluminação (diurno, noturno, crepuscular ou aquático) ou anatomia da retina. Por exemplo, mamíferos aquáticos (peixe-boi e baleia da Groenlândia) apresentaram valores de λmax próximos à média dos mamíferos, apesar da forte filtragem espectral de comprimentos de onda maiores pela água — um contraste com as opsinas de bastonetes deslocadas para o vermelho observadas em nichos semelhantes.

Para investigar a base molecular do ajuste espectral, a equipe construiu modelos de homologia da melanopsina com base na rodopsina de lula e identificou todos os resíduos com cadeias laterais dentro de 10 Å do anel β-ionona do cromóforo retinal ou da lisina da base de Schiff. A mutagênese sítio-dirigida da melanopsina de camundongo, com alvo nos resíduos polares do bolso de ligação ao retinal (notavelmente as substituições A197S e F302Y), produziu com sucesso deslocamentos tanto para o vermelho quanto para o azul no λmax. No entanto, a magnitude e a direção dos deslocamentos não puderam ser previstas de forma confiável pelas regras de ajuste espectral estabelecidas para opsinas visuais de vertebrados ou opsinas de invertebrados, indicando que a melanopsina emprega mecanismos fotoquímicos pelo menos parcialmente distintos.

Esses achados sugerem que a sensibilidade espectral da melanopsina em mamíferos está sob forte restrição evolutiva, estabilizada próximo a 480 nm independentemente das pressões ecológicas que rememodelam dramaticamente a sensibilidade dos pigmentos dos cones e bastonetes. Os mecanismos únicos de ajuste envolvidos permanecem incompletamente compreendidos e representam uma prioridade para futuros estudos estruturais e funcionais.