OPSIN 1，长波敏感； OPN1LW

红色锥体颜料；RCP

HGNC 批准的基因符号：OPN1LW

细胞遗传学位置：Xq28 基因组坐标（GRCh38）：X:154,144,243-154,159,032（来自 NCBI）

▼ 说明

长波敏感视蛋白-1 基因（OPN1LW）编码红锥体色素，这是介导人类色觉的 3 种光敏色素中的一种。红色敏感和绿色敏感（OPN1MW; 300821）视蛋白包含 X 染色体上的一系列重复基因。虽然只有一个红色素基因，但色觉正常的人中绿色素基因的数量有所不同。红色素基因和多个绿色素基因以头尾串联的方式排列。红色视锥细胞的最大灵敏度为 560 nm（Nathans 等人（1986, 1986））。

该基因座基因的主开关称为基因座控制区（LCR; 300824），位于基因阵列的 3.1 kb 和 3.7 kb 5-prime 之间，已被证明对于红色和红色基因的表达至关重要。绿色色素基因以及这些基因的视锥细胞特异性表达及其在不同视锥细胞中的分离表达（Deeb 总结，2005 年）。

▼ 克隆与表达

内森斯等人（1986）分离并测序了编码 3 种视觉色素中每一种的基因组和 cDNA 克隆。推导的氨基酸序列与视紫红质（180380）具有 41% 的同一性。红色和绿色颜料显示出 96% 的相互同一性，但与蓝色颜料（613522）的同一性仅为 43%。在确定 3 个视蛋白基因中的哪一个对应于 3 个视锥色素中的每一个时，Nathans 等人（1986）使用了 2 个是 X 连锁的，1 个是常染色体这一事实。常染色体明显是蓝色视锥细胞色素，存在 Tritan 色盲缺陷（190900）；通过对红色（protan）或绿色（deutan）色盲男性的研究，确定了哪个基因代表红色素，哪个基因代表绿色。

▼ 基因结构

内森斯等人（1986）确定OPN1LW基因含有6个外显子。

▼ 测绘

内森斯等人（1986）将 OPN1LW 和 OPN1MW 基因对应到 Xq 的远端部分，彼此紧密相连并与 G6PD 基因紧密相连（305900）。

▼ 基因功能

视色素由脱辅基蛋白、视蛋白组成，与小的共轭发色团、11-顺式视网膜或在某些情况下为 11-顺式脱氢视网膜共价连接。视觉色素吸收光子通过引起发色团的 11-顺式异构化到全反式异构化来启动视觉激发。不同视觉色素的吸收光谱的变化被认为是由脱辅基蛋白的一级结构的差异引起的。具体来说，介导色觉的 3 种视锥细胞的视觉色素被认为在吸收光谱方面有所不同，这是由于 11-顺式视网膜与 3 个结构不同的视锥细胞视蛋白的附着所致。该假设的一个推论是，色盲是由编码视锥蛋白的基因的改变引起的。大多数人可以通过混合 3 种原色（红色、绿色和蓝色）来匹配任何颜色。Thomas Young（1802）假设这种现象（三色性）是人类拥有 3 个孤立的光敏感机制的结果。现在已知杨氏3种机制体现在视网膜中的3类视锥细胞中。每个类别都包含不同的视觉色素，这决定了该类别所有视锥细胞的光谱灵敏度。红色、绿色和蓝色视锥细胞的最大灵敏度分别为 560 nm、530 nm 和 420 nm（Nathans 等人（1986, 1986）；Deeb, 2005）。

光暴露可引起色觉正常受试者血浆褪黑激素水平的抑制和/或昼夜节律相移。为了确定正常的视锥细胞感光系统是否是光诱导褪黑激素抑制所必需的，Ruberg 等人（1996）测试了色觉缺陷的人类是否也有光诱导的褪黑激素抑制。在一项研究中，14 名红绿色视觉缺陷受试者和 7 名正常对照者在 0200-0330 小时接受 90 分钟、200 勒克斯的白光刺激。在对照组（t = -7.04；P 小于 0.001）、所有色觉缺陷受试者（t = -4.76；P 小于 0.001）、原色观察者（t = -6.23；P 小于 0.005）中观察到褪黑激素抑制，和中视观察者（t = -3.48；P 小于 0.05），组间抑制程度没有显着差异。这些发现表明，正常的三色视觉系统对于光介导的神经内分泌调节不是必需的。

▼ 分子遗传学

内森斯等人（1986）确定，虽然色觉正常的人只有一个红色素基因，但绿色素基因的数量有所不同。红色素基因和多个绿色素基因以头尾串联的方式排列，其中红色素基因位于5素端。内森斯等人（1986）提出非同源配对和不平等交换可以解释 protan（红色；303800）和 deutan（绿色；303900）色盲的发生。也可能涉及基因转换。

尽管 MW（绿色）和 LW（红色）视蛋白之间存在 15 个氨基酸差异，但灵敏度的大部分光谱变化是由于位点 180、277 和 285 处的替换造成的，另外 5 个位点的影响较小。位点 180（参见 300822.0002）在 MW 和 LW 视蛋白基因中都是多态性的。绿色盲的中波视蛋白缺失或有缺陷，红色盲的长波视蛋白缺失或有缺陷。Neitz 和 Neitz（1995）使用改进的方法重新检查了具有正常色觉的男性 Xq28 簇中基因的数量和比例。结果表明，许多男性 X 染色体上的色素基因比之前推测的要多，而且许多男性的长波色素基因超过 1 个。

在一项针对 33 名具有蓝锥体单色性（BCM；303700）的无关受试者的研究中，Nathans 等人（1993）发现一名受试者的单个红色素基因携带 arg247-to-ter 突变（300822.0001）。在另一名受试者中，他们在红色素（300822.0003）和绿色素（300821.0002）基因中发现了 cys203 到 arg 的突变。此外，Nathans 等人在 14 名不相关的 BCM 先证者中（1993）鉴定出一个携带 C203R 突变的单一 5 红色、3 绿色杂合基因。

在一个患有 BCM 的丹麦家庭中，Ladekjaer-Mikkelsen 等人（1996）鉴定了一个删除了外显子 4 的分离的红色素基因（300822.0005）。作者表示，这是红色和绿色色素基因中首次报道的基因内缺失，并且它代表了 BCM 发展的新机制。

上山等人（2002）分析了 217 名患有先天性红/绿色视觉缺陷的日本男性的 DNA。在 23 名受试者中发现了一个红色基因的正常基因型，随后是一个绿色基因。23 人中的 4 人来自 69 个 protan 受试者组，23 人中的 19 人来自 148 个 deutan 受试者组。23 名受试者中的 3 名存在错义突变：一名 deutan 受试者的单个绿色基因中存在 asn94 至 lys（300821.0003）；另一个 deutan 受试者的两个绿色基因中的 arg330-to-gln（300821.0004）；Protan 受试者的单个红色基因中的 gly338-to-glu（300822.0004）。正常和突变视蛋白均在培养的 COS-7 细胞中表达，视色素用 11-顺式视网膜再生。突变导致无吸光度或低吸光度光谱。因此，这3种突变视蛋白可能影响了折叠过程，导致视觉色素功能丧失。

在一个分离 X 连锁隐性 BCM 的英国家庭中，Michaelides 等人（2005）鉴定了一个杂合 5-prime-L/M-3-prime 基因，其外显子 4 中含有 C203R 取代（参见 300822.0003）。

▼ 等位基因变异体（5 个精选示例）：

.0001 蓝色锥体单色
OPN1LW，ARG247TER

Reitner 等人之前对来自 4 代 BCM 家族的男性先证者进行了研究，该家族有 3 名受影响个体（1991）（患者“MP”），Nathans 等人（1993）鉴定出在外显子 4 中携带 CT 转变的单个红色素基因，导致 arg247 到 ter（R247X）的取代。

.0002 红色锥体多态性
OPN1LW、SER180ALA

人类感官在正常范围内的遗传变异可能存在，但由于缺乏适当的方法通常无法详细研究。然而，红绿视觉的细微感知差异是可以研究的，因为光色素基因型和心理物理表型都可以通过复杂的技术进行评估。具有正常色觉的男性的颜色匹配分为两个主要组，这两个组似乎是通过 X 连锁遗传传递的。这种颜色匹配的差异可能反映了视色素最大吸收的微小变化，表明存在光谱定位不同的红色和/或绿色视色素的两种常见变体。温德里克斯等人（1992）报道了 RCP 基因残基 180 处常见的单氨基酸多态性（62% Ser，38% ala），解释了色觉正常的男性中颜色匹配分布中的 2 个主要群体的发现。

.0003 蓝色锥体单色
OPN1LW 和 OPN1MW，CYS203ARG

Nathans 等人在来自 3 代家庭的男性先证者中，有 8 个个体具有蓝锥体单色性（BCM；303700）（1993）在 RCP 和 GCP（300821.0002）基因中发现了 cys203-to-arg（C203R）突变。此外，Nathans 等人在 14 名不相关的 BCM 先证者中（1993）鉴定出一个携带 C203R 突变的单一 5 红色、3 绿色杂合基因。

雷尼尔斯等人（1995）描述了一个由于 RCP 和 GCP 中都存在 C203R 突变而患有 BCM 的家族。RCP外显子4中C203R突变的侧翼序列是GCP的特征，表明该突变是通过基因转换从GCP转移到RCP的。

在一个分离 X 连锁隐性 BCM 的英国家庭中，Michaelides 等人（2005）鉴定出一个单一杂合 5-prime-L/M-3-prime 基因，该基因是内含子 4 内重组的结果，外显子 4 中存在 C203R 取代。

.0004 色盲，PROTAN
OPN1LW，GLY338GLU

对于患有原色色盲（CBP; 303900）的人，Ueyama 等人（2002）在单个红色素基因中发现了 gly338-to-glu（GGG 到 GAG；G338E）突变。突变视蛋白没有显示吸光度。

.0005 蓝色锥体单色
OPN1LW，EX2DEL

Ladekjaer-Mikkelsen 等人在具有蓝锥体单色性（BCM；303700）的丹麦家庭的先证者中（1996）鉴定出一个单一的红色素基因，其中外显子 4 已被删除。在患有 BCM 的同父异母兄弟及其未受影响的携带者母亲中也发现了相同的缺失，而在色觉正常的兄弟中则没有发现这种缺失。预计该缺失会产生过早的终止密码子，导致蛋白质缺乏 7 个跨膜 α 螺旋中的最后 3 个，包括密码子 312 处的赖氨酸，其中 11-顺式视网膜与正常色素共价连接。