Регенерация сетчатки - Retinal regeneration

Палочки, колбочки и нервные слои сетчатки. Передняя (передняя) часть глаза находится слева. Свет (слева) проходит через несколько прозрачных нервных слоев и достигает стержней и колбочек (крайний справа). Химические изменения в палочках и колбочках посылают сигнал обратно к нервам. Сигнал сначала поступает в биполярные и горизонтальные клетки (желтый слой), затем в амакриновые клетки и ганглиозные клетки (фиолетовый слой), а затем в волокна зрительного нерва. В этих слоях обрабатываются сигналы. Во-первых, сигналы начинаются как необработанные выходные данные точек в ячейках стержня и конуса. Затем нервные слои идентифицируют простые формы, такие как яркие точки в окружении темных точек, края и движения. (На основе рисунка Рамон-и-Кахаль.)

Регенерация сетчатки относится к восстановлению зрения у позвоночных, страдающих поражением сетчатки или дегенерацией сетчатки.

Двумя наиболее хорошо изученными механизмами регенерации сетчатки являются клеточная регенерация и клеточная трансплантация. Регенеративные процессы могут применяться у людей для лечения дегенеративных заболеваний сетчатки, таких как пигментный ретинит. В то время как млекопитающие, такие как люди и мыши, лишены врожденной способности регенерировать сетчатку, низшие позвоночные, такие как костистость рыбы и саламандры способны восстанавливать утраченную ткань сетчатки в случае повреждения.

По существу

У рыбок данио

Данио, как и другие костистые рыбы, обладают врожденной способностью восстанавливать повреждения сетчатки. Эта способность в сочетании со значительным сходством между костистыми костями и структурой сетчатки млекопитающих делает рыбок данио привлекательной моделью для изучения регенерации сетчатки.[1] Мюллер глия представляют собой тип глиальных клеток, присутствующих как в костистых костях, так и в сетчатке млекопитающих. Регенерация сетчатки у рыбок данио опосредуется глии Мюллера, которые дедифференцируются в стволовые клетки и пролиферируют в нейральные клетки-предшественники в ответ на повреждение сетчатки. В то время как деление глии Мюллера отвечает за регенерацию сетчатки во всех случаях повреждения сетчатки, в случае фоторецептор потери из-за легкого повреждения особенно хорошо охарактеризованы. В ответ на удаление фоторецепторов глия Мюллера дедифференцируется и подвергается единственному асимметричному делению с образованием нейральной клетки-предшественника и новой клетки глии Мюллера. Клетка-предшественник нейронов пролиферирует с образованием кластера предшественников нейронов, которые мигрируют в внешний ядерный слой сетчатки и дифференцируются в фоторецепторы, чтобы заменить потерянные клетки.[2] Этот процесс восстанавливает функцию сетчатки поврежденной рыбы. Понимание основных механизмов может дать представление о вариантах лечения дегенеративных заболеваний сетчатки у млекопитающих.

Несколько белков и сигнальных путей были описаны и охарактеризованы в процессе регенерации сетчатки. Роли нескольких важных элементов резюмируются ниже:[3][4][5][6][7]

ПротеинОбщая рольРоль в регенерации сетчатки
TNF-авызывает воспаление, вызывает апоптозсигнализирует глии Мюллера о дедифференцировании
Notchрегулирует дифференцировку и определение судьбы клетокподдерживает глиальный покой Мюллера
N-кадгеринопосредует межклеточные взаимодействия, стимулирует аксональное руководствонаправляет миграцию нейральных клеток-предшественников
Ascl1опосредует нейрогенезспособствует дедифференцировке глии Мюллера
β-катенинактивизирует Wnt путьнеобходим для разрастания глии Мюллера

стержень дифференцировка предшественников - еще один механизм, с помощью которого рыбки данио могут заменять потерянные нейроны сетчатки. Предшественники палочек образуются во время нормального роста рыбок данио и локализуются во внешнем ядерном слое сетчатки. В случае хронической или мелкомасштабной гибели фоторецепторов палочек предшественники палочек размножаются и дифференцируются в новые фоторецепторы палочек.[8] Эта популяция клеток-предшественников может быть индуцирована к пролиферации с помощью таких средств, как инъекция гормон роста или селективная гибель палочкообразных фоторецепторных клеток. Однако, поскольку этот регенеративный ответ более ограничен, чем ответ, опосредованный глией Мюллера, о лежащих в его основе механизмах известно гораздо меньше.

У мышей

Мыши, как и другие млекопитающие, не обладают врожденной способностью восстанавливать повреждения сетчатки. Повреждение сетчатки у млекопитающих обычно приводит к глиоз и образование рубцов, которые нарушают нормальную функцию сетчатки. Ранее лечение поврежденных глаз фактор роста эпидермиса индуцировал пролиферацию глии Мюллера в глазу мыши, но генерация нейронов происходила только при одновременной сверхэкспрессии Ascl1.[9] Совсем недавно при использовании агониста альфа 7 nAChR, PNU-282987, была обнаружена надежная пролиферация глии Мюллера и последующая дифференцировка нейронов.[10] Требуется дополнительная информация о задействованных сигнальных путях, прежде чем регенерация, опосредованная глией Мюллера, станет жизнеспособным методом лечения для восстановления зрения в сетчатке млекопитающих.

Другие подходы к регенерации сетчатки включают процедуры клеточной трансплантации. В выводах, представленных в журнале "Труды Национальной академии наук"в 2012 году исследовательская группа офтальмологической лаборатории Наффилда под руководством д-ра Роберт Макларен от Оксфордский университет вернул зрение полностью слепым мышам путем инъекции светочувствительных клеток в их глаза. Мыши страдали от полного отсутствия фоторецепторные клетки в их сетчатка, и не мог отличить свет от тьмы. Обнадеживающие результаты с использованием того же лечения были достигнуты на мышах, слепых на ночь. Несмотря на вопросы о качестве восстановленного зрения, это лечение дает надежду людям с дисфункциональным зрением, включая дегенеративные заболевания глаз, такие как пигментный ретинит.

Процедура заключалась в инъекции стержень предшественники, которые сформировали анатомически отличную и соответствующим образом поляризованную внешний ядерный слой '- две недели спустя сформировалась сетчатка с восстановленными связями и зрением, доказав, что можно было восстановить весь светочувствительный слой. Исследователи из Глазная больница Мурфилдс уже использовали человеческие эмбриональные стволовые клетки для замены пигментированной оболочки сетчатки у пациентов с Болезнь Штаргардта. Команда также восстанавливает зрение слепым пациентам с помощью электронного имплантат сетчатки который работает по аналогичному принципу, заменяя функцию светочувствительного фоторецепторные клетки.

В людях

Разрез сетчатки

В феврале 2013 г. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США одобрила использование системы протеза сетчатки Argus II [1],[11] что делает его первым имплантатом, одобренным FDA для лечения дегенерации сетчатки. Устройство может помочь взрослым с РПЖ, утратившим способность воспринимать формы и движения, быть более мобильными и выполнять повседневные действия.

внешняя ссылка

Рекомендации

  1. ^ Fadool, JM; Доулинг, Дж. Э. (2008). «Данио: модельная система для изучения генетики глаза». Prog Retin Eye Res. 27 (1): 89–110. Дои:10.1016 / j.preteyeres.2007.08.002. ЧВК  2271117. PMID  17962065.
  2. ^ Горсуч, РА; Гайд, Д.Р. (2014). «Регуляция мюллеровской глиальной зависимой регенерации нейронов в поврежденной сетчатке взрослых рыбок данио». Exp Eye Res. 123: 131–40. Дои:10.1016 / j.exer.2013.07.012. ЧВК  3877724. PMID  23880528.
  3. ^ Ascl1a (2010). "лет-7 сигнальный путь микроРНК - ". Природа клеточной биологии. 12 (11): 1101–1107. Дои:10.1038 / ncb2115. ЧВК  2972404. PMID  20935637.
  4. ^ Ван, Дж; Рамачандран, Р. Гольдман, Д. (2012). «HB-EGF необходим и достаточен для дедифференцировки Мюллеровской глии и регенерации сетчатки». Dev Cell. 22 (2): 334–47. Дои:10.1016 / j.devcel.2011.11.020. ЧВК  3285435. PMID  22340497.
  5. ^ Нагашима, М; Barthel, LK; Раймонд, Пенсильвания (2013). «Самовосстанавливающееся деление глиальных клеток Мюллера рыбок данио генерирует нейрональные предшественники, которым требуется N-кадгерин для регенерации нейронов сетчатки». Разработка. 140 (22): 4510–21. Дои:10.1242 / dev.090738. ЧВК  3817940. PMID  24154521.
  6. ^ Коннер, C; Акерман, КМ; Lahne, M; Hobgood, JS; Гайд, Д.Р. (2014). «Репрессия передачи сигналов notch и экспрессия TNFα достаточны для имитации регенерации сетчатки путем индукции пролиферации глии Мюллера для образования коммитированных клеток-предшественников». J Neurosci. 34 (43): 14403–19. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.0498-14.2014. ЧВК  4205560. PMID  25339752.
  7. ^ Мейерс, Джейсон Р .; Ху, Лили; Моисей, Ариэль; Каболи, Кавон; Папандреа, Аннемари; Раймонд, Памела А. (2012). «Передача сигналов β-катенина / Wnt контролирует судьбу предшественников в развивающейся и регенерирующей сетчатке рыбок данио». Нейронное развитие. 7: 30. Дои:10.1186/1749-8104-7-30. ЧВК  3549768. PMID  22920725.
  8. ^ Монтгомери, Дж. Э .; Парсонс, MJ; Гайд, Д.Р. (2010). «Новая модель абляции сетчатки демонстрирует, что степень гибели палочек регулирует происхождение регенерированных фоторецепторов палочек рыбок данио». J Comp Neurol. 518 (6): 800–14. Дои:10.1002 / cne.22243. ЧВК  3656417. PMID  20058308.
  9. ^ Гольдман, Дэниел (2014). «Перепрограммирование глиальных клеток Мюллера и регенерация сетчатки -». Обзоры природы Неврология. 15 (7): 431–442. Дои:10.1038 / nrn3723. ЧВК  4249724. PMID  24894585.
  10. ^ Вебстер, Марк К .; Кули-Темм, Синтия А .; Барнетт, Джозеф Д .; Бах, Харрисон Б .; Вайннер, Джессика М .; Вебстер, Сара Э .; Линн, Синди Л. (27 марта 2017 г.). «Доказательства наличия BrdU-положительных нейронов сетчатки после применения агониста никотинового ацетилхолинового рецептора Alpha7». Неврология. 346: 437–446. Дои:10.1016 / j.neuroscience.2017.01.029. ISSN  1873-7544. ЧВК  5341387. PMID  28147247.
  11. ^ https://www.reuters.com/article/us-secondsight-fda-eyeimplant/fda-approves-first-retinal-implant-for-rare-eye-disease-idUSBRE91D1AK20130214