Inherited Retinal Degenerations
НАСЛЕДСТВЕННАЯ ДЕГЕНЕРАЦИЯ СЕТЧАТКИ
Pathways to photoreceptor cell death in inherited retinal degenerations Pierce E.A. BioEssays. 2001. V. 23. P. 605-618
Картировано свыше 50 генетических локусов для несиндромальной наследуемой дегенерации сетчатки. Мутации, ответственные более чем за 25 из этих заболеваний, выявлены. Помимо приема витамина А, ослабляющего потерю зрения у пациентов с пигментным ретинитом, др. лечения потери зрения неизвестно. Нужно знать хорошо патогенез, чтобы м.б. бы предложить эффективное лечение. Рис.1. \| Rod photoreceptor cell with assosiated RPE cell. Schematic diagram of rod photoreceptor cell and RPE cell. The different portions of the rod cell are labeled. The rod outer segment is composed of approximately 1000 stacked membrane discs enclosed withun the plasma membrane. The interaction between the outer segment and adjacent RPE cell is shown Рис.2. \| Photoreceptor proteins involved in retinal degenerations. Proteins known to harbor mutations that cause retinal degeneration are depicted in their location in the retina. An expand view of an outer segment disc with photoreceptor proteins is shown. The diseases caused by mutations in these proteins are indicated below each protein. The disease abbreviations are: adRP, autosomal dominant RP; arRP autosomal recessive RP; CSNB, congenital stationary night blindness; CD, cone dystrophy; CRD, cone-rod dystrophy; dRP, digenic RP; fundus albipunctatus; LCA, Leber's congenital amaurosis; MD, macular degeneration; xIRP, X-linked RP	Photoreceptors, phototransduction and visual cycle Фоторецепторные палочки и колбоки специализировнные удлинненные клетки сетчатки позвоночных, которые предназначены для поглащения света и превращения его в элетрические сигналы (Рис. 1). Наружный сегмент (НС) фоторецептора состоит примерно из 1000 упощенных дисковых мембран, расположенных в виде стека (стопы Новый диск образуется у основания НС, где cilium соединяет НС с внутренним сегментом и остальной чатью тела клетки. НС фоторецепторов подвергается постоянному обновлению, Диски на дистальном конце теряются и фагоцитируются с помощью retinal pigment epithelial (RPE) клеток. Когда свет попадает в глаз и ударяет по сетчатке, то запускается каскад биохимических реакций в фоторецепторах. Сначала свет активирует родопсин, вызывая изомеризацию ковалентно прикрепленных chromophore 11-cis-retinal в all trans-retinal. Активированный opsin вызывает активацию transducin, тримерного G-белка из α, β и γ субъединиц. Трансдуцин в свою очередь активирует cGMP-phosphodiesterase (PDE), которая состоит из четырех α, β субъединиц и двух γ субъединиц. Возникающее в результате понижение уровня cGMP закрывает CGMP-регулируемые катионные каналы плазматической мембраны фоторецептров, обусловливая гиперполяризацию и снижение внутриклеточного Ca^2-. Инактивация фототрансдукционного каскада происходит с помощью нескольких механизмов. Родопсин фосфорилируется с помощью rhodopsin kinase (RhoK) и затем соединяется с arrestin. Это блокирует взаимодействие родопсина с трансдуцином, что обязательно ведет к снижению активности PDE, восстановлению концентраций cGMP и открытию cGMP-управляемых каналов (Рис. 2). Чтобы фототрансдукция была продолжена родопсиновые хромофоры д.б. рециклированы с помощью визуального цикла. Свободный аll-trans-retinal восстанавливается до all-trans-retinol, который покидает фоторецептор, перемещаясь в субретиальное пространство и вступает в RPE клетки. В RPE all-trans-retinol эфиризируется и затем превращается в 11-cis-retinol, который м. хараниться или окисляется до 11-cis-retinal, который затем движется обратно в фоторецепторные клетки, чтобы регенерировать родопсин. Энзимы, участвующие в некоторых из этих ступеней, установлены. The genetics of retinal degenerations Retinitis pigmentosa (RP) Пигментный ретинит, группа наследственных глазных заболеваний, характеризующихся присутствием bone-spicule пигментных отложений в midperipheral сетчатке. Пациенты с RP испытывают ночную слепоту, постепенную потерю периферического поля зрения и возможно потерю центрального зрения. Эти симптомы отражают раннюю потерю фоторецепторов-палочек, сопровождаемую медленной дегенерацией кол очек. RP генетически гетерогенен и м. наследоваться аутосомно доминантно, аутосомно рецессивно, Х-сцепленно или двугенно. Пигментный ретинит является наиболее распространенной наследуемой формой слепоты. Примерно 100000 человек страдают им в США и примерно один на каждые 3000-4000 человека во всех этнических группах мира. Пигментный ретинит кроме того обнаруживается при некоторых системных заболеваниях, таких как синдром Bardet-Biedl или синдром Usher's. Other degenerations Помимо пигментного ретинита существует много др. наследуемых дегенераций сетчатки. Сюда входят дегенерации, клссифицируемые как прогрессивные или стабильные, на базе их клиники. Прогрессивные дегенерации включают помимо RP, Leber's congenital amaurosis (LCA), который характеризуется ранней потрей зрения в детстве. Stargardt Disease (STGD) с началом потери зрения в раннем детстве и choroideremia (CHM) с областями хориоретинальной атрофии. Cone-rod degenerations с ранним началом дисфункции колбочек. "Стабильные" болезни включают congenital stationary night blindness (CSNB), которая характеризуется ранним началом ночной слепоты. Б-нь Oguchi является вариантом CSNB, она характеризуется крапчатой серо-белой discoloration сетчатки, которая исчезает после темново адаптации. Disease causing mutations Установлено свыше 25 генов, которые вызывают RP и др. дегенерации сетчатки. Большинство белковых продуктов этих генов экспрессируется специфически в фоторецепторных клетках и включает компоненты фототрансдукционного каскада, а также белки, важные для структуры наружного сегмента, помимо ряда белков с неизвестной функцией (Табл. 3 и 4). (см. также RetNet Website). Все вмсесте взятые гены м. объяснить только 30-35% случаев заболеваний. 15 дополнитальных RP локусов картировано у человека, но гены не идентифицированы. Mechanisma of degeneration При всех формах дегенерации сетчатки фоторецепторы гибнут в результате апоптоза Human pathology Проверка выбрки глаз от аутопсий из коллекции Foundation Fighting Blindness (FFB) показала, что отсутствие зрительной функции при RP в конечном состоянии коррелирует с распространенной потерей фоторецепторов. В выборках от пациентов с сохранившимся зрением обычно присутствует одиночный слой колбочек с укороченными наружными сегментами в macula, что отражеает медленну потерю колбочек в большинстве типов RP. В области, где фоторецепторы погибли, мигрируют кластеры клеток RPE вокруг кровеносных сосудов, обеспечивая микроскопические корреляты bone spicule pigment. Палочки в сетчатке RP людей обнаруживают делокализацию родопсина в плазматическую мембрану внутренних сегментов, клеточных тел и синапсов, как это наблюдается и у модельных RP грызунов и свиней. Внутренние сегменты палочек в RP сетчатке иногда обнаруживают отпочковывающиеся пузырьки, но большие количества родопсин-позитивных пузырьков обнаруживаются в некоторых животных моделях. Наконец, палочки в RP сетчатке выпускают длинные аксоно-подобные отростки-нейриты; сходные нейритные отростки обнаружены в сетчатке трансгенных по родопсину свиней, но не у модельных RP грызунов. Spontaneous animal models retinal degeneration (rd) mice Гомозиготные rd-/- мыши форимруют фоторецепторы с наружными сегментами, но быстро начинается дегенерация, начиная с 8 дня постнатального развития. Мутация сначала затрагивает палочки, к 21 дню rd-/- нулевые мыши имеют только один ряд оставшихся ядер колбочек в наружном ядерном слое своей сетчатки. Известно, что rd-/- сетчатка содержит повышенные уровни cGMP на 6 день постнатального развития, т.е. перед началом дегенерации. Это интимно взаимосвязано с дефектами β субъединицы палочковой cGMP phoaphodiesterase (β-PDE). Этот подтверждается тем. что нормальный β-PDE трансген нормализует фоторецепторы rd-/- мышей. Дефект у rd мышей позволил идентифицировать мутацию в гене PDE6B, которая обусловливает рецессивный RP и доминантный CSNB в некоторых семьях. Предполагается, что гибель клеток является прямым следствием повышенных уровней cGMP в rd сетчатке. Повышение cGMP вне фоторецептрных клеток ведет к повышенной проводимости через cGMP-контролируемые катионовые каналы в плазматической мембране. В результате избыточный приток Na⁺ и Са ²⁺ вызывает метаболическую пергрузку за счет потребности в постоянной активности Na⁺/K⁺ -ATPase для поддержания электрохимических градиентов. кроме того, повышенный внутриклеточный Са ²⁺ м. стимулировать апоптоз. Rod-cone dyxplasia-1 (rcd1) dogs У ирландских сеттеров rcd1 также вызывается мутациями в гене PDE6B. G->A переход в нуклеотиде 2420 PDE6B вызывает преждевременое окончание синтеза белка после 49 аминокислотного остатка, удаляемый при этом С-терминальный домен необходим для пост-трансляционного процессинга и ассоциации с мембраной. Фоторецепторы палочки никогда полностью не дифференцируются и затем дегенерируют у гомозиготных rcd1 собак. Колбочки также постепенно дегенерируют и собаки теряют зрение в возрасте 1 года. Предполагается. что и здеть имеет место метаболическая перегрузка, обусловленная повышенными уровнями cGMP в сетчатке. Retinal degeneration slow (rds) mice Гомозиготные rds мутантные мыши неспособны формировать наружные сегменты фоторецепторов и обнаруживают дегенерацию как палочек, так и колбочек. Ген rds мыши кодирут в 36 кДа фоторецептор-специфичный мембранные гликопротеин. Он идентичен фоторецепторному белку peripherin и называется peripherin/rds. Мутация в гене RDS человека обусловливает аутосномно доминантный RP(adRP). Идентифицирована также двугенная форма RP, вызываемая мутациями как RDS, так и родственного гена ROM1. В доплнение к RP мутации peropherin/RDS обусловливают тяжелую доминантную макулярную дистрофию. rds мыши служат прекрасной моделью. Peripherin/rds имеет 4 трансмембранных сегмента и локализован в ободках дисков наружного сегмента палочек и колбочек. Он ассоциирует с близко родственной формой белка rom1, который также присутствует в вободках дисков. Т.к. диски наружного сегмента не образуются у rds мутантыных нулевых мышей, то становится очевидным, что peripherin/rds играет важную роль в морфогенезе дисков. Мыши rds ^-/- на месте наружных сегментов имеют родопсин-содержащие пузырьки, которые, по-видимому, отпочковываются от внутреннего сегмента и накапливаются в субретинальном пространстве между телами фоторецепторных клеток и RPE. Предполагается, что peripherin/rds помогате стабилизировать крутые (sharp) мембранные складки на краю дисков наружного сегмента, а отсутствие peripherin/rds нарушает эти складки и тем самым собственно образовние дисков. Это пример вторичного механизма нарушения фоторецепторов с нарушение образования наружного сегмента, что ведет к гибели клеток с помощью неизвестного пока механизма. The Royal College of Surgeos (RCS) rats RCS крысы имеют аутосомно рецессивуню дегенерацию, которая впервые выявляется в двунедельном возрасте наличием нерегулярных наружных сегментов. Потеря фоторецептров продолжается заканчивается к 3 месячному возрасту. RPE клетки у RCS крыс обнаруживают пониженну способность к фагоцитозу потерянных OS? это ведет к накоплению дебриса в субретинальном пространстве. Выявkена небольшая делеция в рецепторной тирозин киназе Mertk в локусе edy. Эта делеция ведет к аберантному спласингу транскриптов Mertk, который в свою очередь ведет к сдвигу рамки считывани и завершени транскрипции после 20 кодона. Мутация в MERTK обнаружена и у пациентов с RP. Это пример третьего механизма дегенераци фоторецепторов из-за дисфункции RPE? хотя механизм неясен. Transgenic models of RP Mice Получены трансгенные мыши с разлиынми мутациями родопсина. Сначала человеческий ген родопсина, содержащий Pro23His мутацию вводили мышам. Эта мутация довольно распространенная причина доминантного RP в Сев. Америке. Все 3 трансгенные линии мышей обнаруживали дегенерацию сетчатки. Тяжесть дегенерации зависела от количества продуцируемого мутантного родопсина. Самая тяжелая дегенерация обнаруживалась при самой низкой экспрессии трансгена ( 1/6 от уровня эндогенного описна палочек мыши). Мыши с человеческим родопсином дикого типа отключают контроль, т.к. одна из этих линий мышей экспрессировала в 5 раз больше человеческого трансгена, чем эндогенного мышиного опсина, что вело к развитию дегенерации сетчатки. Напротив в линии мышей, где экспрессировались одинаковые количества трансгенного и эндогенного опсина (NHR-E) сохраняли нормальную структуру и функцию сетчатки. Механизм, с помощью которого Pro23His мутация ведет к дегенерации сетчатки связан с накоплением родпсина в наружном ядерном слое и внутри синаптических окончаний фоторецепторов Аномальное накопление мутантного родопсина в синаптической области происходит относительно рано при дегенерации, очевидно мутантный Pro23His родопсин активно направляется по неправильному пути и это часть болезненного процесса, сопровождаемая аберрантным морфогенезом дисков. Аномальные диски в свою очередь ведут к апоптозу. Обнаружение, что экспрессия родопсина дикого типа м. приводить к дегенерации сетчатки подтверждена и на др линиях трансгенных мышей, даже когда уровень экспрессии трансгена состалвял 1/3-1/10 от уровня эндогенного гена. Подробно анализировались мыши с мутантным человеческим трансгеном Pro347Ser уровень экспрессии которого 0.25:1 - 1:1. Характерным было появлени внеклеточных пузырьков вблизи основания наружных сегментов. Эти мелкие пузырьки были многочисленны и содержали человеческий родпсин. Сходные пузырьки обнаруживались в сетчатке rds мышей м Tulp1 нокаутных мышей. Предполагается, что этип пузырьки являются продуктами абортированного образования наружного сегмента. Очевидно эти пузырьки отражают специфические дефекты в морфогенезе дисков. Мыши с мутантным мышиным VPP трансгеном давали нормальные фоторецепторы, но наружный сегмент никогда не достигал нормальной длины. Описн локализовался только в наружных сегментах VPP мышей бе прищанков неправильного направления родопсина. Единственным ультраструктурным нарушением было то, что мембраны в основании наружных сегментов имели тубулярный или везикулярный профиль, чем уплощенную форму дисков, это согласуется с дефектами морфогенеза мембран. Rats Трансгенные крысы с Pro23His и Ser334Ter мутациями в гене родопсина. У первых формируются нормальные фоторецепторы, которые начинаю дегенерировать после 15 дней постнатальногоразвития. К году остается только один ряд ядер. У крыс с трансгеном Ser334Ter мутантный родопсин обнаруживается на очень высоком уровне в плазматической мембране и цитоплазме фоторецепторов. Предполгается, что аномальное положение родопсина ведет к апоптозу. Pigs Получены две линии трансгенных свиней с мутацией Pro347Leu в родопсине свиньи. 61-79% родопсиновой мРНК продуцируется в сетчатке с мутантного трансгена. Предполагается, что дегенерация сетчатки у этих животных вызывается, по крайней мере частично, избыточной экспрессией родопсина. Сетчатка трансгенных свиней имеет нормальное количество палочек и колбочек при рождении, но наружные их сегменты короткие и дизорганизованные. Гибель палочек обнаруживается в двунедельном возрасте и продолжается вплоть до 9 мес яца, когда дегенерируют вс палочки. Родопсин обнаруживается в палочковых синапсах и аномальных тубуловезикулярных структурах во внутренних сегментах. Колбочки дегенерируют более медленно, начиная с 4-6 недельнго возраста. Нарушения пострецепторной функции колбочек коррелируют с электрофизиологическими нарушениями с 16 недельного возраста. Это указывает на то, что эти дефекты обусловлены неспособностью к созреванию cone circuitry? которое обычно происходит между 4 и 15 неделей. Эти данные помогают понять вторичну потерю функции колбочек, наблюдаемую у пациентов с RP с rod-специфическими генетическими дефектами. Transgenic mice on null background Мутанные трансгены вводили мышам с нулевым или гемизиготным генетическим фоном. Peripherin/RDS Добавляли нормальный и Pro216Leu мутантный rds трансген rds^+/+, rds^-/+, rds^-/- мышам. Мутация Pro216Leu в гене RDS вызывает доминантный RP. Трансген дикого типа, управляемый родопсиновым промотором, не вызывал дегенерации сетчатки у мышей в возрасте 3 недель. Мутантный трансген вызывал дегенерацию сетчатки, если вносился мышам rds^+/+. Наблюдалось укорочение наружных сегментов с нормальным расположением дисков. Введение мутантного трансгена rds^-/+ усиливало уже имеющуюся дегенерацию без имзменения фенотипа. Введение в rds^-/- мышам, у которых обычно наружные сегменты отсутствуют полностью, трансген Pro216Leu приводил к образованию мембранных завитков, которые напоминали дисморфные структуры наружных сегментов. Это подтверждает, что мутация peripherin/rds ведет к нарушению мофрогенеза дисков. Knockout mice Rhodopsin Получены две линии мышей с целенаправленно нарушенным геном родопсина. Rho^-/- нулевые мыши не образуют наружных сегментов и теряют свои фоторецепторы к 3 мес. возрасту. Не обнаруживается ЭРГ с палочек, это указывает на полный функциональный нокаут. Отсутствие опсина т.обр. ведет к дегенерации сетчатки в результате предупреждения образрования наружных сегментов палочек. Нулевые по родопсину мыши скрещивались с мышами, экспрессирующими трансген родопсина человека дикого типа. Трансген экспрессровался в наружных сегментах и восстанавливал фоторецепторы нулевых мышей. Tulp1. TULP1 ген является членом семейства генов tubby с высоко законсервированным С-концом. Мутации tubby вызывают дегенерацию фоторецепторов и улитки и тучность у взрослых мышей. Мутации в TULP1 вызывают рецессивный RP. Белок Tulp1 экспрессируется во внутренних сегментах фоторецепторов палочек и колбочек. Tulp^-/- мыши демонстрируют дегенерацию фоторецепторов начиная с 3-недельного возраста и до 5 м-цев. Дегенерация характеризуется потерей ЭРГ для палочек и колбочек. Обнаруживается эктопическое раположение опсинов палочек и колбочек во внутренних сегментах и ядерных слоях фоторецепторов. ЭМ выявляется массивное накопление пузырьков в матриксе между фоторецепторами, вогруг внутренних сегментов у 3-недельных Tulp1^-/- мышей. Плазматические мембраны внутренних сегментов обнаруживают многочисленные выпячивания, предшественников внеклеточных пузырьков. Количество пузырков быстро уменьшается после 5-8 недель. Мутации TULP1, gj-видимому, вызывают дегенерацию сетчатки путем нарушения морфогенеза дисков в наружных сегментах. Rpgr. Мутации в гене RPGR, который кодирует RP GTPase регуляторный белок, обусловливают Х-сцепленный RP. Функция RPGR в фоторецепторах неизвестна. Мыши, дефицитные по Rpgr обнаруживают неправльное распределение опсинов колбочек из наружных сегментов во внутренние сегменты, околоядерную и синаптическую области. Вновь формирующиеся мембраны дисков в основании наружных сегментов фоторецепторов дизорганизованы, обнаруживаются признаки медленной дегенерации фоторецепторов. Белок Rpgr локализуется в connecting cilium между внутренним и наружным сегментом фоторецепторов. Он, по-видимому, участвует в поляризованном распределении белков через connecting cilium. Arrestin. Связывание фосфорилированного родопсина аррестином ведет к инактивации фотоактивированного родопсина. Мутации аррестина вызывают болезнь Oguchi, форму стационарной ночной слепоты. Фоторецепторы нормальные у гемизиготных животных, следовательно, связывание аррестином не является лимитирующим скорость восстановления фоточувствительности палочек. При отсутствии аррестина происхдит частичное восстановление, сопровождаемое удлинненной финальной фазой. Следовательно аррестин необхтодим для полной деактивации родопсина, но альтернативный механизм, такой как фосфорилирование родопсина, необходим для инициации подавления каталитической активности родопсина. Нокаутные по аррестину мыши, выращенные в условиях циклической освещенности обнаруживают дегенерацию сетчатки с потерей 50% фоторецепторов в течение первого года жизни. Дегенерация происходит быстрее, когда мыши выращиваются при постоянном свете и отсуствует, когда мыши растут в темноте. Следовательно, длительная активация фототрансдукционного каскада ведет к дегенерации сетчатки, а потеря фоторецепторов м.б. ускорена воздействием света. Rhodopsin kinase. RhoK фосфорилирует родопсин, что является частью инактивации фототрансдукционного каскада. Мутации в RhoK также вызывают болезнь Ogouchi. Фосфорилирование родопсина не происходит у RhoK-дефицитных мышей, это ведет к тому, что реакция на одиночный фотон становится больше и длится дольше, чем в норме. Следовательно, RhoK необходима для деактивации родопсина. RhoK^-/- мыши, выращенные в темноте, имеют нормальную деактивацию родопсина, выращенные при циклическом освещении имеют укороеченные наружные сегменты. Более тяжелая дегенерация наблюдается, когда RhoK^-/- мыши растут при постоянном свете. Следовательно, удлинненная активация фототрансдукционного каскада м. индуцировать укорочение наружных сегментов и последующую гибель фоторецепторов. Rim protein/ABCR. RmP - большой гликопротеин в ободках дисков наружного сегмента, он член семейства ATP-binding cassette (ABC) transporter. Мутации в гене ABCR человека для RmP обусловливают болезнь Stargardt's (STGD), рецессивно наследуюемую форму макулярной дегенерации с ранним началом, а также RP. Предполагается, что изменения в гене ABCR ассоциированы с age-related macular degenerations (ARMD). В обоих случаях образуются отложения lipofuscin в клетках RPE с последующей дегенерацией RPE и фоторецептров. Мыши с делецией в гене abcr накапливают липофусциновые гранулы и липофусциновые компоененты в RPE клетках, что сопровождается утолщением Bruch's мембран, между RPE и хороидом. Фоторецепторы и остальная часть сетчатки выглядят нормально, хотя abcr^-/- мыши не обнаруживают задежки темновой адаптации по ЭРГ. Уровни all-trans-retinaldehyde повышены в сетчатке нулевых мышей, что согласуется с ролью RmP в очистке дисков фоторецепторов от all-trans-retinaldehyde. Аll-trans-retinaldehyde является предшественником одного из основных компонентов липофусцина, N-retinylidene-PE. Предполагается, что RmP м.б. flippase для N-retinylidene-PE. Эта гипотеза ведет к трех-ступенчатой модели дегенерации сетчатки при мутациях ABCR. Во-первых, потеря активности flippase ведет к накоплению N-retinylidene-PE. в наружных сегментах. Это в свою очередь ведет к накоплению липофусцина в клетках RPE, из-за нарушения переваривания фагоцитированных частей наружных сегментов и обязательной гибели клеток RPE. Фоторецепторы поибают затем в результате потери клеток RPE. Т.к. all-trans-retinaldehyde высвобождается только при активации светом родопсина, то у пациентов с мутацией ABCR прогресс заболевания м.б. замедлен ограничением экспозиции светом. RRE65. RPE65 мутации вызывают тяжелые формы дегенерации сетчатки с ранним началом, включая Leber's congenital amauorosis. Предполагается, что RPE65 играет роль в метаболизме витамина А,исходя из ассоциации с ретинол-связывающими белками. У RPE65-деaицитных мышей морфология сетчатки в целом нормальная, длина наружных сегментов снижена, а ядра фоторецепторов теряются с возрастом. ЭРГ палочек нормальная у гемизиготных мышей, но отсутствует у нулевых мышей. В сетчатке Rpe^-/- мышей не обнаруживается родопсина. Однако белок опсин присутствует. Отсутствие родопсина связано с отсутствием 11-цис-ретинал хромофор. Напротив обнаруживается избыточное накопление all-trans-retinyl эфира в RPE? это указывает на блок RPE визуального цикла у Rpe65-дефицитных мышей. Предполагается, что Rpe65 v/ участвовать в изомеризации all-trans-retinal в 11-cis-retinal. Дегенерация сетчатки вызывается повреждениями в RPE и последующей потерей фоторецепторов, как и в случае мутаций ABCR. Зрительная функция Rpe65 нокаутных мышей м.б. восстановлена при скармливании им 9-cis-retinal, благодаря обходу блока рециклинга хромофор. CRX. Cone-rod otx-like homeobox gene (CRX) - транскрипционный фактор, который специфически экспрессируется в палочках и колбочках фоторецепторов и в пинеалоцитах и регулирует экспрессию многих фоторецепторных белков. Мутации в CRX вызывают дистрофию палочек-колбочек, LCA и RP. Уровни экспрессии некоторых фоторецепторных генов снижены у Crx^-/- мышей. Наружные сегменты не образуются. Сходные изменения и у пациентов с CRX-мутациями. Conclusions 4 основных пути дегенерации сетчатки представлены в Табл. 3. Во-первых, это мутации, ведущие к нарушению образования наружных сегментов (rds sib? мыши, экспрессирующие человеческий мутантный pro347Ser родопсин и tulp1 нокаутные мыши). Мутации, вызывающие неправильное распределение фоторецепторных белков, как это происходит у мутантов c pro23His, Glu344Ter, Ser334Ter, Pro347Ser мутантным трансгеном родпсина и у Rpgr нокаутных мышей, что также вдет к неправильному образованию дисков. Накопление внеклеточных пузырьков вокруг фоторецепторов является общим у животных с нарушенным морфогенезом дисков. Кроме того отмечено образование внутриклеточных пузырьков у VPP мышей и свиней с трангсеном Pro347Ser родопсина и у пациентов с RP, вызванным мутациями Gln64Ter. Предполагается, что эти пузырьки являются продуками абортированного образования наружных сегментов у Pro347Ser мутантов родопсина и у Tulp^-/- мышей из-за нарушения внутриклеточного переноса белков от сети Гольджи к наружным сегментам, которые нужны для образования собственно дисков. Мутации peripherin/rds, как полагают, предупреждают собственно складывание образующихся дисковых мембран, это подтверждается тем, что неправильное складываение мутантного VPP опсина предупреждает образующиеся дисковые мембраны от взаимодействия собственно др. с др, что ведет к дизорганизации мембран. Нарушение морфогенеза дисков ведет к гибели фоторецепторов, механизм которого полностью неясен. Вторым механизмом дегенерации сетчатки является метаболическая перегрузка, как этол 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 cGMP-контролируемых каналов плазматических мембран фоторецепторных клеток, ведущее к метаболической перегрузке из-за постоянной повреждающей активности Na⁺/K⁺-ATPse для поддержания электрохимических градиентов . Предполагается. что повышенные уровни кальция м. активировать апоптоз. Третьим механизмом дегенерации сетчатки является дисфункция RPE или из-за внутренних дефектов или нарушения визуального цикла, ведущего к нарушнию RPE (abcr и Rpe65). Предполагается, что накопление all-trans-retinal или его метаболитов в наружных сегментах фоторецепторов и последующего повреждения RPE клеток? ведут к гибели фоторецепторов. Четвертый механизм повреждения фоторецепторов связан с непрерывной активацией трансдукции, как это происходит у arrestin и RhoK нокаутных мышейю Пациенты с болезнью Oguchi и с рецессивным RP, обусловленным α субъединицей PDE и у пациентов с LCA, обусловленной мутациями в retinal guanylate cyclase, как полагают, происходит хроническая активация зрительного каскада. Пока неясно как это ведет к дегенераци сетчатки.

Photoreceptors, phototransduction and visual cycle

Фоторецепторные палочки и колбоки специализировнные удлинненные клетки сетчатки позвоночных, которые предназначены для поглащения света и превращения его в элетрические сигналы (Рис. 1). Наружный сегмент (НС) фоторецептора состоит примерно из 1000 упощенных дисковых мембран, расположенных в виде стека (стопы Новый диск образуется у основания НС, где cilium соединяет НС с внутренним сегментом и остальной чатью тела клетки. НС фоторецепторов подвергается постоянному обновлению, Диски на дистальном конце теряются и фагоцитируются с помощью retinal pigment epithelial (RPE) клеток.

Когда свет попадает в глаз и ударяет по сетчатке, то запускается каскад биохимических реакций в фоторецепторах. Сначала свет активирует родопсин, вызывая изомеризацию ковалентно прикрепленных chromophore 11-cis-retinal в all trans-retinal. Активированный opsin вызывает активацию transducin, тримерного G-белка из α, β и γ субъединиц. Трансдуцин в свою очередь активирует cGMP-phosphodiesterase (PDE), которая состоит из четырех α, β субъединиц и двух γ субъединиц. Возникающее в результате понижение уровня cGMP закрывает CGMP-регулируемые катионные каналы плазматической мембраны фоторецептров, обусловливая гиперполяризацию и снижение внутриклеточного Ca^2-. Инактивация фототрансдукционного каскада происходит с помощью нескольких механизмов. Родопсин фосфорилируется с помощью rhodopsin kinase (RhoK) и затем соединяется с arrestin. Это блокирует взаимодействие родопсина с трансдуцином, что обязательно ведет к снижению активности PDE, восстановлению концентраций cGMP и открытию cGMP-управляемых каналов (Рис. 2).

Чтобы фототрансдукция была продолжена родопсиновые хромофоры д.б. рециклированы с помощью визуального цикла. Свободный аll-trans-retinal восстанавливается до all-trans-retinol, который покидает фоторецептор, перемещаясь в субретиальное пространство и вступает в RPE клетки. В RPE all-trans-retinol эфиризируется и затем превращается в 11-cis-retinol, который м. хараниться или окисляется до 11-cis-retinal, который затем движется обратно в фоторецепторные клетки, чтобы регенерировать родопсин. Энзимы, участвующие в некоторых из этих ступеней, установлены.

The genetics of retinal degenerations

Retinitis pigmentosa (RP)

Пигментный ретинит, группа наследственных глазных заболеваний, характеризующихся присутствием bone-spicule пигментных отложений в midperipheral сетчатке. Пациенты с RP испытывают ночную слепоту, постепенную потерю периферического поля зрения и возможно потерю центрального зрения. Эти симптомы отражают раннюю потерю фоторецепторов-палочек, сопровождаемую медленной дегенерацией кол очек. RP генетически гетерогенен и м. наследоваться аутосомно доминантно, аутосомно рецессивно, Х-сцепленно или двугенно. Пигментный ретинит является наиболее распространенной наследуемой формой слепоты. Примерно 100000 человек страдают им в США и примерно один на каждые 3000-4000 человека во всех этнических группах мира. Пигментный ретинит кроме того обнаруживается при некоторых системных заболеваниях, таких как синдром Bardet-Biedl или синдром Usher's.

Other degenerations

Помимо пигментного ретинита существует много др. наследуемых дегенераций сетчатки. Сюда входят дегенерации, клссифицируемые как прогрессивные или стабильные, на базе их клиники. Прогрессивные дегенерации включают помимо RP, Leber's congenital amaurosis (LCA), который характеризуется ранней потрей зрения в детстве. Stargardt Disease (STGD) с началом потери зрения в раннем детстве и choroideremia (CHM) с областями хориоретинальной атрофии. Cone-rod degenerations с ранним началом дисфункции колбочек. "Стабильные" болезни включают congenital stationary night blindness (CSNB), которая характеризуется ранним началом ночной слепоты. Б-нь Oguchi является вариантом CSNB, она характеризуется крапчатой серо-белой discoloration сетчатки, которая исчезает после темново адаптации.

Disease causing mutations

Установлено свыше 25 генов, которые вызывают RP и др. дегенерации сетчатки. Большинство белковых продуктов этих генов экспрессируется специфически в фоторецепторных клетках и включает компоненты фототрансдукционного каскада, а также белки, важные для структуры наружного сегмента, помимо ряда белков с неизвестной функцией (Табл. 3 и 4). (см. также RetNet Website). Все вмсесте взятые гены м. объяснить только 30-35% случаев заболеваний. 15 дополнитальных RP локусов картировано у человека, но гены не идентифицированы.

Mechanisma of degeneration

При всех формах дегенерации сетчатки фоторецепторы гибнут в результате апоптоза

Human pathology

Проверка выбрки глаз от аутопсий из коллекции Foundation Fighting Blindness (FFB) показала, что отсутствие зрительной функции при RP в конечном состоянии коррелирует с распространенной потерей фоторецепторов. В выборках от пациентов с сохранившимся зрением обычно присутствует одиночный слой колбочек с укороченными наружными сегментами в macula, что отражеает медленну потерю колбочек в большинстве типов RP. В области, где фоторецепторы погибли, мигрируют кластеры клеток RPE вокруг кровеносных сосудов, обеспечивая микроскопические корреляты bone spicule pigment.

Палочки в сетчатке RP людей обнаруживают делокализацию родопсина в плазматическую мембрану внутренних сегментов, клеточных тел и синапсов, как это наблюдается и у модельных RP грызунов и свиней. Внутренние сегменты палочек в RP сетчатке иногда обнаруживают отпочковывающиеся пузырьки, но большие количества родопсин-позитивных пузырьков обнаруживаются в некоторых животных моделях. Наконец, палочки в RP сетчатке выпускают длинные аксоно-подобные отростки-нейриты; сходные нейритные отростки обнаружены в сетчатке трансгенных по родопсину свиней, но не у модельных RP грызунов.

Spontaneous animal models

retinal degeneration (rd) mice Гомозиготные rd-/- мыши форимруют фоторецепторы с наружными сегментами, но быстро начинается дегенерация, начиная с 8 дня постнатального развития. Мутация сначала затрагивает палочки, к 21 дню rd-/- нулевые мыши имеют только один ряд оставшихся ядер колбочек в наружном ядерном слое своей сетчатки. Известно, что rd-/- сетчатка содержит повышенные уровни cGMP на 6 день постнатального развития, т.е. перед началом дегенерации. Это интимно взаимосвязано с дефектами β субъединицы палочковой cGMP phoaphodiesterase (β-PDE). Этот подтверждается тем. что нормальный β-PDE трансген нормализует фоторецепторы rd-/- мышей. Дефект у rd мышей позволил идентифицировать мутацию в гене PDE6B, которая обусловливает рецессивный RP и доминантный CSNB в некоторых семьях.

Предполагается, что гибель клеток является прямым следствием повышенных уровней cGMP в rd сетчатке. Повышение cGMP вне фоторецептрных клеток ведет к повышенной проводимости через cGMP-контролируемые катионовые каналы в плазматической мембране. В результате избыточный приток Na⁺ и Са ²⁺ вызывает метаболическую пергрузку за счет потребности в постоянной активности Na⁺/K⁺ -ATPase для поддержания электрохимических градиентов. кроме того, повышенный внутриклеточный Са ²⁺ м. стимулировать апоптоз.

Rod-cone dyxplasia-1 (rcd1) dogs У ирландских сеттеров rcd1 также вызывается мутациями в гене PDE6B. G->A переход в нуклеотиде 2420 PDE6B вызывает преждевременое окончание синтеза белка после 49 аминокислотного остатка, удаляемый при этом С-терминальный домен необходим для пост-трансляционного процессинга и ассоциации с мембраной. Фоторецепторы палочки никогда полностью не дифференцируются и затем дегенерируют у гомозиготных rcd1 собак. Колбочки также постепенно дегенерируют и собаки теряют зрение в возрасте 1 года. Предполагается. что и здеть имеет место метаболическая перегрузка, обусловленная повышенными уровнями cGMP в сетчатке.

Retinal degeneration slow (rds) mice

Гомозиготные rds мутантные мыши неспособны формировать наружные сегменты фоторецепторов и обнаруживают дегенерацию как палочек, так и колбочек. Ген rds мыши кодирут в 36 кДа фоторецептор-специфичный мембранные гликопротеин. Он идентичен фоторецепторному белку peripherin и называется peripherin/rds. Мутация в гене RDS человека обусловливает аутосномно доминантный RP(adRP). Идентифицирована также двугенная форма RP, вызываемая мутациями как RDS, так и родственного гена ROM1. В доплнение к RP мутации peropherin/RDS обусловливают тяжелую доминантную макулярную дистрофию.

rds мыши служат прекрасной моделью. Peripherin/rds имеет 4 трансмембранных сегмента и локализован в ободках дисков наружного сегмента палочек и колбочек. Он ассоциирует с близко родственной формой белка rom1, который также присутствует в вободках дисков. Т.к. диски наружного сегмента не образуются у rds мутантыных нулевых мышей, то становится очевидным, что peripherin/rds играет важную роль в морфогенезе дисков. Мыши rds ^-/- на месте наружных сегментов имеют родопсин-содержащие пузырьки, которые, по-видимому, отпочковываются от внутреннего сегмента и накапливаются в субретинальном пространстве между телами фоторецепторных клеток и RPE. Предполагается, что peripherin/rds помогате стабилизировать крутые (sharp) мембранные складки на краю дисков наружного сегмента, а отсутствие peripherin/rds нарушает эти складки и тем самым собственно образовние дисков. Это пример вторичного механизма нарушения фоторецепторов с нарушение образования наружного сегмента, что ведет к гибели клеток с помощью неизвестного пока механизма.

The Royal College of Surgeos (RCS) rats

RCS крысы имеют аутосомно рецессивуню дегенерацию, которая впервые выявляется в двунедельном возрасте наличием нерегулярных наружных сегментов. Потеря фоторецептров продолжается заканчивается к 3 месячному возрасту. RPE клетки у RCS крыс обнаруживают пониженну способность к фагоцитозу потерянных OS? это ведет к накоплению дебриса в субретинальном пространстве. Выявkена небольшая делеция в рецепторной тирозин киназе Mertk в локусе edy. Эта делеция ведет к аберантному спласингу транскриптов Mertk, который в свою очередь ведет к сдвигу рамки считывани и завершени транскрипции после 20 кодона. Мутация в MERTK обнаружена и у пациентов с RP. Это пример третьего механизма дегенераци фоторецепторов из-за дисфункции RPE? хотя механизм неясен.

Transgenic models of RP

Mice

Получены трансгенные мыши с разлиынми мутациями родопсина. Сначала человеческий ген родопсина, содержащий Pro23His мутацию вводили мышам. Эта мутация довольно распространенная причина доминантного RP в Сев. Америке. Все 3 трансгенные линии мышей обнаруживали дегенерацию сетчатки. Тяжесть дегенерации зависела от количества продуцируемого мутантного родопсина. Самая тяжелая дегенерация обнаруживалась при самой низкой экспрессии трансгена ( 1/6 от уровня эндогенного описна палочек мыши). Мыши с человеческим родопсином дикого типа отключают контроль, т.к. одна из этих линий мышей экспрессировала в 5 раз больше человеческого трансгена, чем эндогенного мышиного опсина, что вело к развитию дегенерации сетчатки. Напротив в линии мышей, где экспрессировались одинаковые количества трансгенного и эндогенного опсина (NHR-E) сохраняли нормальную структуру и функцию сетчатки.

Механизм, с помощью которого Pro23His мутация ведет к дегенерации сетчатки связан с накоплением родпсина в наружном ядерном слое и внутри синаптических окончаний фоторецепторов Аномальное накопление мутантного родопсина в синаптической области происходит относительно рано при дегенерации, очевидно мутантный Pro23His родопсин активно направляется по неправильному пути и это часть болезненного процесса, сопровождаемая аберрантным морфогенезом дисков. Аномальные диски в свою очередь ведут к апоптозу.

Обнаружение, что экспрессия родопсина дикого типа м. приводить к дегенерации сетчатки подтверждена и на др линиях трансгенных мышей, даже когда уровень экспрессии трансгена состалвял 1/3-1/10 от уровня эндогенного гена. Подробно анализировались мыши с мутантным человеческим трансгеном Pro347Ser уровень экспрессии которого 0.25:1 - 1:1. Характерным было появлени внеклеточных пузырьков вблизи основания наружных сегментов. Эти мелкие пузырьки были многочисленны и содержали человеческий родпсин. Сходные пузырьки обнаруживались в сетчатке rds мышей м Tulp1 нокаутных мышей. Предполагается, что этип пузырьки являются продуктами абортированного образования наружного сегмента. Очевидно эти пузырьки отражают специфические дефекты в морфогенезе дисков.

Мыши с мутантным мышиным VPP трансгеном давали нормальные фоторецепторы, но наружный сегмент никогда не достигал нормальной длины. Описн локализовался только в наружных сегментах VPP мышей бе прищанков неправильного направления родопсина. Единственным ультраструктурным нарушением было то, что мембраны в основании наружных сегментов имели тубулярный или везикулярный профиль, чем уплощенную форму дисков, это согласуется с дефектами морфогенеза мембран.

Rats

Трансгенные крысы с Pro23His и Ser334Ter мутациями в гене родопсина. У первых формируются нормальные фоторецепторы, которые начинаю дегенерировать после 15 дней постнатальногоразвития. К году остается только один ряд ядер. У крыс с трансгеном Ser334Ter мутантный родопсин обнаруживается на очень высоком уровне в плазматической мембране и цитоплазме фоторецепторов. Предполгается, что аномальное положение родопсина ведет к апоптозу.

Pigs

Получены две линии трансгенных свиней с мутацией Pro347Leu в родопсине свиньи. 61-79% родопсиновой мРНК продуцируется в сетчатке с мутантного трансгена. Предполагается, что дегенерация сетчатки у этих животных вызывается, по крайней мере частично, избыточной экспрессией родопсина.

Сетчатка трансгенных свиней имеет нормальное количество палочек и колбочек при рождении, но наружные их сегменты короткие и дизорганизованные. Гибель палочек обнаруживается в двунедельном возрасте и продолжается вплоть до 9 мес яца, когда дегенерируют вс палочки. Родопсин обнаруживается в палочковых синапсах и аномальных тубуловезикулярных структурах во внутренних сегментах. Колбочки дегенерируют более медленно, начиная с 4-6 недельнго возраста. Нарушения пострецепторной функции колбочек коррелируют с электрофизиологическими нарушениями с 16 недельного возраста. Это указывает на то, что эти дефекты обусловлены неспособностью к созреванию cone circuitry? которое обычно происходит между 4 и 15 неделей. Эти данные помогают понять вторичну потерю функции колбочек, наблюдаемую у пациентов с RP с rod-специфическими генетическими дефектами.

Transgenic mice on null background

Мутанные трансгены вводили мышам с нулевым или гемизиготным генетическим фоном.

Peripherin/RDS Добавляли нормальный и Pro216Leu мутантный rds трансген rds^+/+, rds^-/+, rds^-/- мышам. Мутация Pro216Leu в гене RDS вызывает доминантный RP. Трансген дикого типа, управляемый родопсиновым промотором, не вызывал дегенерации сетчатки у мышей в возрасте 3 недель. Мутантный трансген вызывал дегенерацию сетчатки, если вносился мышам rds^+/+. Наблюдалось укорочение наружных сегментов с нормальным расположением дисков. Введение мутантного трансгена rds^-/+ усиливало уже имеющуюся дегенерацию без имзменения фенотипа. Введение в rds^-/- мышам, у которых обычно наружные сегменты отсутствуют полностью, трансген Pro216Leu приводил к образованию мембранных завитков, которые напоминали дисморфные структуры наружных сегментов. Это подтверждает, что мутация peripherin/rds ведет к нарушению мофрогенеза дисков.

Knockout mice

Rhodopsin

Получены две линии мышей с целенаправленно нарушенным геном родопсина. Rho^-/- нулевые мыши не образуют наружных сегментов и теряют свои фоторецепторы к 3 мес. возрасту. Не обнаруживается ЭРГ с палочек, это указывает на полный функциональный нокаут. Отсутствие опсина т.обр. ведет к дегенерации сетчатки в результате предупреждения образрования наружных сегментов палочек. Нулевые по родопсину мыши скрещивались с мышами, экспрессирующими трансген родопсина человека дикого типа. Трансген экспрессровался в наружных сегментах и восстанавливал фоторецепторы нулевых мышей.

Tulp1. TULP1 ген является членом семейства генов tubby с высоко законсервированным С-концом. Мутации tubby вызывают дегенерацию фоторецепторов и улитки и тучность у взрослых мышей. Мутации в TULP1 вызывают рецессивный RP. Белок Tulp1 экспрессируется во внутренних сегментах фоторецепторов палочек и колбочек. Tulp^-/- мыши демонстрируют дегенерацию фоторецепторов начиная с 3-недельного возраста и до 5 м-цев. Дегенерация характеризуется потерей ЭРГ для палочек и колбочек. Обнаруживается эктопическое раположение опсинов палочек и колбочек во внутренних сегментах и ядерных слоях фоторецепторов. ЭМ выявляется массивное накопление пузырьков в матриксе между фоторецепторами, вогруг внутренних сегментов у 3-недельных Tulp1^-/- мышей. Плазматические мембраны внутренних сегментов обнаруживают многочисленные выпячивания, предшественников внеклеточных пузырьков. Количество пузырков быстро уменьшается после 5-8 недель. Мутации TULP1, gj-видимому, вызывают дегенерацию сетчатки путем нарушения морфогенеза дисков в наружных сегментах.

Rpgr. Мутации в гене RPGR, который кодирует RP GTPase регуляторный белок, обусловливают Х-сцепленный RP. Функция RPGR в фоторецепторах неизвестна. Мыши, дефицитные по Rpgr обнаруживают неправльное распределение опсинов колбочек из наружных сегментов во внутренние сегменты, околоядерную и синаптическую области. Вновь формирующиеся мембраны дисков в основании наружных сегментов фоторецепторов дизорганизованы, обнаруживаются признаки медленной дегенерации фоторецепторов. Белок Rpgr локализуется в connecting cilium между внутренним и наружным сегментом фоторецепторов. Он, по-видимому, участвует в поляризованном распределении белков через connecting cilium.

Arrestin. Связывание фосфорилированного родопсина аррестином ведет к инактивации фотоактивированного родопсина. Мутации аррестина вызывают болезнь Oguchi, форму стационарной ночной слепоты. Фоторецепторы нормальные у гемизиготных животных, следовательно, связывание аррестином не является лимитирующим скорость восстановления фоточувствительности палочек. При отсутствии аррестина происхдит частичное восстановление, сопровождаемое удлинненной финальной фазой. Следовательно аррестин необхтодим для полной деактивации родопсина, но альтернативный механизм, такой как фосфорилирование родопсина, необходим для инициации подавления каталитической активности родопсина. Нокаутные по аррестину мыши, выращенные в условиях циклической освещенности обнаруживают дегенерацию сетчатки с потерей 50% фоторецепторов в течение первого года жизни. Дегенерация происходит быстрее, когда мыши выращиваются при постоянном свете и отсуствует, когда мыши растут в темноте.

Следовательно, длительная активация фототрансдукционного каскада ведет к дегенерации сетчатки, а потеря фоторецепторов м.б. ускорена воздействием света.

Rhodopsin kinase. RhoK фосфорилирует родопсин, что является частью инактивации фототрансдукционного каскада. Мутации в RhoK также вызывают болезнь Ogouchi. Фосфорилирование родопсина не происходит у RhoK-дефицитных мышей, это ведет к тому, что реакция на одиночный фотон становится больше и длится дольше, чем в норме. Следовательно, RhoK необходима для деактивации родопсина. RhoK^-/- мыши, выращенные в темноте, имеют нормальную деактивацию родопсина, выращенные при циклическом освещении имеют укороеченные наружные сегменты. Более тяжелая дегенерация наблюдается, когда RhoK^-/- мыши растут при постоянном свете. Следовательно, удлинненная активация фототрансдукционного каскада м. индуцировать укорочение наружных сегментов и последующую гибель фоторецепторов.

Rim protein/ABCR. RmP - большой гликопротеин в ободках дисков наружного сегмента, он член семейства ATP-binding cassette (ABC) transporter. Мутации в гене ABCR человека для RmP обусловливают болезнь Stargardt's (STGD), рецессивно наследуюемую форму макулярной дегенерации с ранним началом, а также RP. Предполагается, что изменения в гене ABCR ассоциированы с age-related macular degenerations (ARMD). В обоих случаях образуются отложения lipofuscin в клетках RPE с последующей дегенерацией RPE и фоторецептров.

Мыши с делецией в гене abcr накапливают липофусциновые гранулы и липофусциновые компоененты в RPE клетках, что сопровождается утолщением Bruch's мембран, между RPE и хороидом. Фоторецепторы и остальная часть сетчатки выглядят нормально, хотя abcr^-/- мыши не обнаруживают задежки темновой адаптации по ЭРГ. Уровни all-trans-retinaldehyde повышены в сетчатке нулевых мышей, что согласуется с ролью RmP в очистке дисков фоторецепторов от all-trans-retinaldehyde. Аll-trans-retinaldehyde является предшественником одного из основных компонентов липофусцина, N-retinylidene-PE. Предполагается, что RmP м.б. flippase для N-retinylidene-PE. Эта гипотеза ведет к трех-ступенчатой модели дегенерации сетчатки при мутациях ABCR. Во-первых, потеря активности flippase ведет к накоплению N-retinylidene-PE. в наружных сегментах. Это в свою очередь ведет к накоплению липофусцина в клетках RPE, из-за нарушения переваривания фагоцитированных частей наружных сегментов и обязательной гибели клеток RPE. Фоторецепторы поибают затем в результате потери клеток RPE.

Т.к. all-trans-retinaldehyde высвобождается только при активации светом родопсина, то у пациентов с мутацией ABCR прогресс заболевания м.б. замедлен ограничением экспозиции светом.

RRE65. RPE65 мутации вызывают тяжелые формы дегенерации сетчатки с ранним началом, включая Leber's congenital amauorosis. Предполагается, что RPE65 играет роль в метаболизме витамина А,исходя из ассоциации с ретинол-связывающими белками. У RPE65-деaицитных мышей морфология сетчатки в целом нормальная, длина наружных сегментов снижена, а ядра фоторецепторов теряются с возрастом. ЭРГ палочек нормальная у гемизиготных мышей, но отсутствует у нулевых мышей. В сетчатке Rpe^-/- мышей не обнаруживается родопсина. Однако белок опсин присутствует. Отсутствие родопсина связано с отсутствием 11-цис-ретинал хромофор. Напротив обнаруживается избыточное накопление all-trans-retinyl эфира в RPE? это указывает на блок RPE визуального цикла у Rpe65-дефицитных мышей. Предполагается, что Rpe65 v/ участвовать в изомеризации all-trans-retinal в 11-cis-retinal. Дегенерация сетчатки вызывается повреждениями в RPE и последующей потерей фоторецепторов, как и в случае мутаций ABCR. Зрительная функция Rpe65 нокаутных мышей м.б. восстановлена при скармливании им 9-cis-retinal, благодаря обходу блока рециклинга хромофор.

CRX. Cone-rod otx-like homeobox gene (CRX) - транскрипционный фактор, который специфически экспрессируется в палочках и колбочках фоторецепторов и в пинеалоцитах и регулирует экспрессию многих фоторецепторных белков. Мутации в CRX вызывают дистрофию палочек-колбочек, LCA и RP. Уровни экспрессии некоторых фоторецепторных генов снижены у Crx^-/- мышей. Наружные сегменты не образуются. Сходные изменения и у пациентов с CRX-мутациями.

Conclusions

4 основных пути дегенерации сетчатки представлены в Табл. 3. Во-первых, это мутации, ведущие к нарушению образования наружных сегментов (rds sib? мыши, экспрессирующие человеческий мутантный pro347Ser родопсин и tulp1 нокаутные мыши). Мутации, вызывающие неправильное распределение фоторецепторных белков, как это происходит у мутантов c pro23His, Glu344Ter, Ser334Ter, Pro347Ser мутантным трансгеном родпсина и у Rpgr нокаутных мышей, что также вдет к неправильному образованию дисков.

Накопление внеклеточных пузырьков вокруг фоторецепторов является общим у животных с нарушенным морфогенезом дисков. Кроме того отмечено образование внутриклеточных пузырьков у VPP мышей и свиней с трангсеном Pro347Ser родопсина и у пациентов с RP, вызванным мутациями Gln64Ter. Предполагается, что эти пузырьки являются продуками абортированного образования наружных сегментов у Pro347Ser мутантов родопсина и у Tulp^-/- мышей из-за нарушения внутриклеточного переноса белков от сети Гольджи к наружным сегментам, которые нужны для образования собственно дисков. Мутации peripherin/rds, как полагают, предупреждают собственно складывание образующихся дисковых мембран, это подтверждается тем, что неправильное складываение мутантного VPP опсина предупреждает образующиеся дисковые мембраны от взаимодействия собственно др. с др, что ведет к дизорганизации мембран. Нарушение морфогенеза дисков ведет к гибели фоторецепторов, механизм которого полностью неясен.

Вторым механизмом дегенерации сетчатки является метаболическая перегрузка, как этол 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 cGMP-контролируемых каналов плазматических мембран фоторецепторных клеток, ведущее к метаболической перегрузке из-за постоянной повреждающей активности Na⁺/K⁺-ATPse для поддержания электрохимических градиентов . Предполагается. что повышенные уровни кальция м. активировать апоптоз.

Третьим механизмом дегенерации сетчатки является дисфункция RPE или из-за внутренних дефектов или нарушения визуального цикла, ведущего к нарушнию RPE (abcr и Rpe65). Предполагается, что накопление all-trans-retinal или его метаболитов в наружных сегментах фоторецепторов и последующего повреждения RPE клеток? ведут к гибели фоторецепторов.

Четвертый механизм повреждения фоторецепторов связан с непрерывной активацией трансдукции, как это происходит у arrestin и RhoK нокаутных мышейю Пациенты с болезнью Oguchi и с рецессивным RP, обусловленным α субъединицей PDE и у пациентов с LCA, обусловленной мутациями в retinal guanylate cyclase, как полагают, происходит хроническая активация зрительного каскада. Пока неясно как это ведет к дегенераци сетчатки.

Pathways to photoreceptor cell death in inherited retinal degenerations