Вчені розгадали 30-річну біологічну таємницю нічної сліпоти

Вчені Джона Хопкінса визначили, як мутація G90D в гені родопсину викликає курячу сліпоту, пропонуючи потенційні терапевтичні цілі. Нейробіологи з Johns Hopkins Medicine кажуть, що, на їхню думку, є розгадкою 30-річної біологічної таємниці, вони стверджують, що вони використали генетично модифікованих мишей, щоб вирішити, як одна мутація в гені світлочутливого білка родопсину призводить до вродженої стаціонарної нічної сліпоти.

Стан, присутній від народження, спричиняє поганий зір в умовах слабкого освітлення.

Висновки, опубліковані 14 травня в Proceedings of the National Academy of Sciences, демонструють, що мутація гена родопсину, яка називається G90D, створює незвичайний фоновий електричний «шум», який десенсибілізує очні палички, клітини сітківки в задній частині ока. відповідає за нічний зір, таким чином викликаючи курину сліпоту.

Виявлення незвичайної електричної активності може «забезпечити майбутні цілі для терапевтичних втручань», пишуть автори дослідження.

Ці електричні події можуть допомогти вченим краще зрозуміти, як функціонують очні палички та колбочки, каже Кінг-Вай Яу, доктор філософії, професор кафедри нейронаук Медичної школи Університету Джона Гопкінса.

Методологія дослідження та спостереження

Дослідження проводили Яу та докторант Зуін Чай.

«Відомо, що мутація G90D у родопсині створює фоновий електричний шум для десенсибілізації паличок, але природа «шуму» та його точне молекулярне джерело не були з’ясовані майже 30 років», — каже Яу. «Ми змогли допомогти розкрити механізм цього захворювання за допомогою моделі миші з дуже низьким рівнем експресії родопсину G90D».

Порівнюючи низький рівень експресії G90D, виявлений у генетично модифікованих мишей, із рівнем G90D, виявленим у людей, хворих на курячу сліпоту, автори дійшли висновку, що незвичайна електрична активність із низькою амплітудою, але надзвичайно високою частотою може бути найбільшим внеском у захворювання у людей.

Окрім незвичайного електричного шуму, відомо, що родопсин створює інший тип електричної активності, який називається спонтанною термічною ізомеризацією, під час якої теплова енергія всередині молекули родопсину викликає довільну активацію родопсину. На відміну від спостережуваної незвичайної електричної активності, спонтанна ізомеризація родопсину G90D продемонструвала високу амплітуду, але низьку частоту. У своїх експериментах дослідники виявили, що швидкість спонтанної ізомеризації родопсину G90D приблизно у двісті разів вища, ніж звичайний родопсин, але їх ефект адаптації до паличок недостатньо високий, щоб істотно сприяти розвитку курячої сліпоти у людей.

У більшості випадків палички дуже чутливі до світла, але в людей з курячою сліпотою палички не можуть точно розпізнавати зміни світла та не функціонують у темряві. Людям з таким захворюванням потрібне яскравіше світло, щоб бачити в умовах слабкого освітлення, сказав Яу.

Протягом десятиліть дослідники знали про мутацію G90D, але їм було важко визначити, як вона спричиняє курячу сліпоту, оскільки попередні моделі мишей із цією мутацією генерували високий рівень фонового шуму, створюючи ефекти, подібні до фонового освітлення, до якого швидко адаптуються палички миші. . Це ускладнювало дослідникам точне вимірювання сигнальних ефектів мутації.

Щоб уникнути цієї проблеми, дослідники з Johns Hopkins Medicine генетично модифікували мишей, щоб вони мали низьку експресію G90D, рівень, що дорівнює 0,1% від нормального родопсину, виявленого в природній популяції мишей. Це дозволило дослідникам розрізняти різні типи активності, вироблені у мишей з мутацією G90D, так, ніби еквівалентного фонового світла мало або взагалі не було.

Вчені використовували метод високої роздільної здатності для реєстрації електричної активності в окремих паличках сітківки ока миші, до яких вони отримували доступ за допомогою ультракрихітної скляної піпетки — шириною близько однієї сімдесятої розміру людської волосини — наповненої фізіологічним розчином. розчин, здатний проводити електрику.

Передові методи в нейронаукових дослідженнях

«Ви дійсно можете побачити ці події», — каже Яу. «Ми використали дуже спеціальну техніку, яка називається «запис за допомогою вакуумної піпетки», щоб записати активність із такою високою роздільною здатністю, що якщо одна молекула родопсину ізомеризується або активується, ми можемо це побачити, оскільки це викликає зміну електричного струму».

G90D є однією з чотирьох мутацій родопсину, пов’язаних з курячою сліпотою. Перший автор Чай каже, що наступними кроками є визначення того, як інші мутації родопсину, T94I, A292E та A295V, призводять до цього стану.

«Механізм, який викликає нічну сліпоту G90D, може бути подібним у трьох інших мутаціях родопсину, які викликають цей стан», — каже Чай.