Милюшина Л.А.

ФГБУ "Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова" РАН, Москва

Кузнецова А.В.

ФГБУ "Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова" РАН, Москва

Александрова М.А.

ФГБУ "Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова" РАН, Москва; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Экспериментальные модели дегенеративно-дистрофических заболеваний сетчатки человека: генетические модели

Журнал: Вестник офтальмологии. 2013;129(2): 76-80

Просмотров : 33

Загрузок : 3

Как цитировать

Милюшина Л. А., Кузнецова А. В., Александрова М. А. Экспериментальные модели дегенеративно-дистрофических заболеваний сетчатки человека: генетические модели. Вестник офтальмологии. 2013;129(2):76-80.

Авторы:

Милюшина Л.А.

ФГБУ "Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова" РАН, Москва

Все авторы (3)

Стратегия экспериментального изучения возможностей и эффективности современных способов лечения заболеваний сетчатки направлена на тщательный выбор экспериментальной модели заболевания и анализ ее адекватности поставленным задачам исследования. На это ориентированы программы поиска новых технологий, лекарств и способов их доклинического изучения.

В обзоре рассматриваются существующие подходы к экспериментальному моделированию дегенеративно-дистрофических заболеваний сетчатки человека. Здесь представлена наиболее интересная часть материалов, накопленных к настоящему времени по методическим приемам экспериментального моделирования дегенеративно-дистрофических заболеваний сетчатки человека на животных. Многочисленность этих приемов отражает популярность, востребованность и дальнейшее совершенствование моделей, широко применяющихся при тестировании искомой активности среди лекарственных средств и для изучения механизма их действия.

Экспериментальные модели дегенеративно-дистрофических заболеваний сетчатки человека на животных можно разделить на генетические и индуцированные. Данная часть обзора посвящена генетическим моделям дегенеративно-дистрофических заболеваний сетчатки человека, позволяющим изучать механизмы дегенерации сетчатки.

Генетические экспериментальные модели на животных моделируют наследственные и врожденные дистрофии сетчатки человека, которые весьма многообразны.

Наследственные дистрофии сетчатки, такие как пигментный ретинит (ПР), врожденный амавроз Лебера, болезнь Штаргардта, синдром Ушера, пока неизлечимы [13]. В настоящее время связанная с возрастом макулярная дистрофия (ВМД) считается заболеванием, в этиопатогенезе которого участвуют генетические и эпигенетические факторы, а также факторы окружающей среды. Все они взаимодействуют между собой и вносят вклад в риск развития заболевания, хотя в отличие от ПР и болезни Штаргардта гены, отвечающие за это развитие, еще не выявлены.

К настоящему времени секвенировано более 100 генов, мутации в которых ответственны за развитие этих заболеваний. Знание в каждом случае генетической причины патологии дает возможность выбрать или создать генетически модифицированное животное для модельных детальных исследований, а также предполагает возможность генной терапии.

Генетические экспериментальные модели на животных являются сильным инструментом для изучения развития и функционирования глаза и различных зрительных патологий. Известно, что за развитие тех или иных наследственных заболеваний сетчатки отвечает более 150 генов. Изменения, затрагивающие работу этих генов, в ряде случаев были воспроизведены на животных. В результате получены разнообразные линии мышей и крыс, которые можно подразделить на естественные/спонтанные и трансгенные/разработанные.

В таблице

приведены существующие генетические экспериментальные модели дегенеративных заболеваний глаз человека. Более подробно эти модели рассмотрены в обзорах [19, 20]. Остановимся лишь на наиболее широко используемых при изучении распространенных патологий сетчатки.

Большинство нуль-мутаций в естественных популяциях проявляются снижением зрения у гомозигот и обычно имеют сходство с рецессивными формами заболеваний глаз у человека. Для изучения ВМД и ПР человека используются животные с наследственной ретинальной патологией, такие как rd и rds мыши и различные линии крыс.

Гомозиготные по rd мутации мыши, отражающие наследственную дегенерацию сетчатки, служат моделью для изучения ПР человека. У этих мышей дегенерация палочек сетчатки начинает развиваться на 8-й день после рождения и приводит к полной гибели фоторецепторов к концу 4-й недели после рождения.

Пигментная атрофия сетчатки у крыс линии Campbell с наследственной пигментной дистрофией сетчатки, описанных М. Bourne и соавт. [3] в 1938 г. в Шотландии, начинает развиваться спустя 17—20 сут после рождения и приводит к полной слепоте животных к концу 2-го месяца после рождения.

Из крыс линии Campbell были выведены крысы линии RCS с наследственной дегенерацией сетчатки. В результате первоначального скрещивания крыс Campbell с альбиносами и последующих скрещиваний по определенной схеме были выведены конгенные линии мутантных и генотипически нормальных крыс RCS чернокапюшонных, розовокапюшонных (окраска как у исходных крыс Campell) и альбиносов [2]. Крысы линии RCS имеют аутосомно-рецессивную дегенерацию, проявляющуюся в 2-недельном возрасте наличием нерегулярных наружных сегментов. Полная гибель фоторецепторов происходит к 3 мес жизни. Генетический дефект у этих крыс был идентифицирован А. Gal и соавт. [9] в 2000 г., им оказалась мутация в гене Mertk. Эта мутация приводит к нарушенному (пониженному) фагоцитозу клетками ретинального пигментного эпителия (РПЭ) наружных сегментов фоторецепторов, что ведет к накоплению дебриса в субретинальном пространстве. Обнадеживающие результаты по трансплантациям крысам линии RCS клеток РПЭ, полученных из эмбриональных стволовых клеток человека, инициировали в 2012 г. в центре офтальмологии в Moorfields Eye Hospital в Лондоне клинические испытания таких клеток у пациентов с болезнью Штаргардта, рецессивно наследуемой формой макулярной дегенерации с ранним началом [23].

Линия преждевременно стареющих крыс OXYS, полученная в 70-е годы XX века в Институте цитологии и генетики СО РАН селекцией и инбридингом крыс Вистар, чувствительных к катарактогенному эффекту галактозы, является не только универсальной моделью преждевременного старения и сенильной катаракты человека, но и моделью ВМД [1]. Признаки макулярной дегенерации у крыс OXYS появляются к 6-недельному возрасту, в этот период жизни у животных в заднем полюсе глаза офтальмоскопически выявляются друзы различной формы и размеров, являющиеся характерным признаком «сухой» формы ВМД. К 4—6 мес у этих крыс визуализируется экссудативная отслойка РПЭ или определяются обширные кровоизлияния в макулярную область, что характерно для «влажной» формы ВМД.

Модели аутосомно-доминантных глазных болезней человека были смоделированы на трансгенных животных[1], у которых косинтезируются измененные и нормальные белки. Так, мутации в гене родопсина чрезвычайно распространены при ПР, и они составляют большую часть известных генетических форм аутосомно-доминантных ПР, поэтому было приложено много усилий для создания моделей, у которых происходит экспрессия дефектного родопсина. Мутации могут касаться как C-, так и N-конца родопсина, приводя к различным фенотипическим проявлениям, наблюдаемым при аутосомно-доминантных формах ПР.

Т. Wang и соавт. [27] в 1996 г. описали модель жировой дистрофии хориоидеи и сетчатки с атрофией РПЭ у генно-модифицированных мышей, с дефицитом орнитин-дельта-аминотрансферазы. Этот фермент отвечает за переработку и усвояемость липидов разной плотности и молекулярной массы.

Некоторые модели не соответствуют известным клиническим дефектам, но они образуют платформу для исследования последствий одновременной гибели палочек и колбочек. Созданная J. Chen [6] в Университете Utah модель мышиной линии TG9N имеет гиперэкспрессию N-концевого домена RGS9, retina-specific GTPase accelerator protein, и это приводит к быстрой и полной гибели палочек и колбочек на 60-е постнатальные сутки, имитируя колбочково-палочковые дистрофии.

Следует сказать, что трансгенные модели в основном созданы на мышах, поскольку нокаут генов у крыс не был экономически или технически возможен до 2008 г.

Генетические модели дегенеративно-дистрофических заболеваний сетчатки человека позволяют изучать механизмы дегенерации сетчатки. Е. Pierce (2001) [20] выделяет четыре основных пути дегенерации сетчатки. Во-первых, это мутации, ведущие к нарушению образования наружных сегментов фоторецепторов (rds мыши, экспрессирующие человеческий мутантный pro347Ser родопсин и TULP1 нокаутные мыши), и мутации, вызывающие неправильное распределение фоторецепторных белков (как это происходит у мутантов по гену родопсина и у RPGR нокаутных мышей), что также ведет к неправильному образованию дисков. Нарушение морфогенеза дисков приводит к гибели фоторецепторов, механизм которого полностью неясен.

Вторым механизмом дегенерации сетчатки является метаболическая перегрузка, как это имеет место у rd мышей, rcd1 собак и мышей, дефицитных по γ-PDE. У этих животных и у пациентов с мутацией в PDE6B предполагается открытие цГМФ-контролируемых каналов плазматических мембран фоторецепторных клеток, ведущее к метаболической перегрузке из-за постоянной повреждающей активности Na+/K+-ATФазы для поддержания электрохимических градиентов. Предполагается, что повышенные уровни кальция могут активировать апоптоз.

Третьим механизмом дегенерации сетчатки является дисфункция РПЭ из-за внутренних дефектов или нарушения зрительного цикла, ведущего к нарушению РПЭ (ABCR и RPE65). Предполагается, что накопление полностью-транс-ретиналя или его метаболитов в наружных сегментах фоторецепторов и последующее повреждение клеток РПЭ ведут к гибели фоторецепторов.

Четвертый механизм повреждения фоторецепторов связан с непрерывной активацией трансдукции, как это происходит у Arrestin и RhoK нокаутных мышей. У пациентов с болезнью Огучи и с рецессивным ПР, обусловленным α-субъединицей PDE, и у пациентов с врожденным амаврозом Лебера, обусловленным мутациями в сетчатой гуанилатциклазе, как полагают, происходит хроническая активация зрительного каскада. Пока неясно, как это ведет к дегенерации сетчатки. Однако знания, полученные в ходе доклинических испытаний на мышах и собаках с использованием вирусной конструкции, кодирующей ген RPE65, позволили провести успешные клинические испытания на пациентах с врожденным амаврозом Лебера, в которых получены потрясающие инновационные результаты сохранения и восстановления зрения [24]. Эти результаты служат хорошей отправной точкой для нынешних и будущих подходов генной терапии к другим наследственным заболеваниям сетчатки человека.

Знание о существующих генетических экспериментальных моделях дегенеративно-дистрофических заболеваний сетчатки человека на животных позволяет исследователю подобрать для решения своей задачи наиболее адекватную.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 11-04-00510).

[1]Под трансгенным животным понимают любое животное, исключая человека, имеющее искусственно модифицированный геном. Модификация генома может происходить в результате изменения одного или нескольких генов путем инсерции (knock-in) или делеции (knock-out), т.е. инактивации/модификации генов путем гомологичной рекомбинации или за счет сверхпродуцирования человеческого гена под контролем специфических промоторов.

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail