«Оказывается, эти нейроны производят химическое вещество, необходимое для выживания кровеносных сосудов, а также для выживания и функционирования фоторецепторов — наиболее важных клеток для поддержания зрения», — сказал профессор TSRI Мартин Фридлендер, старший автор нового исследования.Исследование, опубликованное в Интернете перед печатью в The Journal of Clinical Investigation, имеет значение для лечения таких заболеваний, как диабетическая ретинопатия и возрастная дегенерация желтого пятна — основных причин потери зрения у взрослых. Поскольку глаз часто является хорошей моделью для понимания работы мозга, полученные данные также дают ключ к разгадке основных неврологических заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера.Понимание глаза
Для такого маленького органа глаз чрезвычайно сложен. Свет проникает через зрачок и проходит через четыре слоя сетчатки, прежде чем достигнет светочувствительных фоторецепторов.
«Сетчатка глаза имеет очень сложную архитектуру», — сказал Фридлендер. «Если у вас есть немного лишней жидкости, опухоль или несколько мертвых клеток, свет не будет проходить должным образом и может быть нарушено зрение».Второй, промежуточный слой кровеносных сосудов сетчатки, кажется, активируется в периоды низкого содержания кислорода и действует как «резерв» кровеносных сосудов сетчатки. Когда кровоток и уровень кислорода низкие, фактор транскрипции, называемый фактором, индуцируемым гипоксией (HIF), запускает производство химического вещества, называемого VEGF.
Затем VEGF вызывает рост новых кровеносных сосудов, доставляя больше кислорода в эту область.
К сожалению, эти новые кровеносные сосуды могут пропускать кровь и другие жидкости и ухудшать зрение. Так обстоит дело с возрастной дегенерацией желтого пятна — «влажная» версия, которая вызывает потерю зрения в центре глаза — и диабетической ретинопатией, при которой у некоторых людей с диабетом появляется нечеткое или неоднородное зрение.
Новая роль нейроновВ новом исследовании команда сосредоточилась на нейронах, называемых амакриновыми клетками и горизонтальными клетками, которые играют известную роль в «предварительной обработке» — или корректировке — электрических сигналов, передаваемых в мозг от фоторецепторов после того, как они были стимулированы световыми фотонами. Эти клетки впервые привлекли внимание исследователей, потому что они, кажется, обвивают кровеносные сосуды (все вместе называемые сосудистой сетью) промежуточного слоя.«Мы задавались вопросом, действительно ли эти нейроны изменяют способ формирования и поведения сосудистой сети», — сказал научный сотрудник TSRI Питер Вестенскоу, соавтор новой статьи с научным сотрудником TSRI Йошихико Усуи.
Чтобы попытаться выяснить это, в одном эксперименте исследователи «отключили» производство VEGF в амакриновых и горизонтальных клетках мышей еще до их рождения. Они обнаружили, что у этих мышей никогда не развивались нормальные кровеносные сосуды в промежуточном слое, что приводило к дегенерации фоторецепторов и серьезному ухудшению зрения.
Это было удивительно, поскольку предыдущие исследования не дали никаких указаний на то, что эти клетки были важным источником VEGF.
Глаз шпионовЧтобы найти больше ключей к неожиданному открытию, ученые провели дальнейшие эксперименты, чтобы проверить, действительно ли амакринные и горизонтальные клетки обеспечивают необходимый VEGF.Поскольку HIF сигнализирует клеткам о выработке VEGF, исследователи задались вопросом, остановит ли удаление HIF в амакриновых и горизонтальных клетках конвейер VEGF и нормальное развитие кровеносных сосудов промежуточного слоя.
Действительно, исследователи обнаружили, что удаление гена одной формы HIF, называемой Hif-1?, Также привело к нехватке кровеносных сосудов в этой области и последующим проблемам со зрением.Это стало дополнительным доказательством того, что VEGF из амакриновых и горизонтальных клеток действительно влияет на рост кровеносных сосудов.Для еще лучшего понимания производства VEGF в этих клетках исследователи исследовали роль белка под названием VHL (von Hippel-Lindau), который обычно поддерживает низкий уровень HIF.
После отключения гена, вырабатывающего VHL в амакринных и горизонтальных клетках, исследователи наблюдали высокий уровень HIF, перепроизводство VEGF и опасное разрастание кровеносных сосудов, типичное для многих глазных заболеваний. Наконец, они использовали метод, называемый генетической абляцией, чтобы полностью убить амакриновые клетки и горизонтальные клетки, и обнаружили, что это привело к отсутствию нормального роста сосудов в промежуточном слое.
Вместе эксперименты подтвердили, что нейроны и кровеносные сосуды в промежуточном слое взаимодействуют, чтобы поддерживать нормальный рост кровеносных сосудов, обеспечивая баланс между предоставлением достаточного количества крови и предотвращением чрезмерного разрастания кровеносных сосудов.«Это восхитительно», — сказал Вестенскоу. «Сигналы от этих клеток настраивают этот слой сосудистой сети».Окно в мозгПоскольку сетчатка является прямым продолжением мозга и единственным местом в теле, где ученые могут легко визуализировать нейроны, кровеносные сосуды и других неврологических субъектов, работающих вместе, исследование имеет значение не только для лечения потери зрения, но и для лечения заболеваний головного мозга, таких как Болезнь Альцгеймера, Паркинсона и даже боковой амиотрофический склероз (БАС).
«Например, пациенты с болезнью Альцгеймера получают отложения белка в головном мозге, и мы можем видеть аналогичные отложения в задней части глаз пациентов с дегенерацией желтого пятна», — сказал Фридлендер. «Если мы сможем лучше понять, что приводит к накоплению этих аномальных белков в глазу, это, надеюсь, также даст нам представление о том, как работает мозг».