Роговица и склера формируют наиболее выдающуюся часть глаза, в обеих типа I коллагеновые фибриллы являются первичными структурными элементами. Однако существуют четкие различия в структуре фибрилл, организации и функции этих двух соседних тканей. Фибриллы в строме роговицы гомогенны, небольшого диаметра, регулярно упакованы в слои с ортогональной организацией. Такая точная организация необходима для механической силы и прозрачности роговицы. Напротив, фибриллы в склере более крупные в диаметре, имеют гетерогенное распределение и организованы в волокна, которые переплетены (Rada et alM 2006). В результате склера непрозрачна, но может выдерживать большие механические стрессы, чем роговица. В кайме (limbus), интеграция этих двух структурно и функционально отличающихся тканей даёт две разные кривые (curvatures), формируя бороздку склеры, где роговица соединяется со склерой. Распределение коллагенового фибриллогенеза в этой области ассоциирует с аномальными кривыми, ведущими к ошибкам в результате неадекватной рефракции (Derdoy, 1968).
Small leucine-rich proteoglycans (SLRPs) являются группой молекул внеклеточного матрикса с общими структурными и функциональными свойствами (Schaefer and Iozzo, 2008). У человека описано несколько SLRP-сцепленных генетических болезней. Мутации потери функции в генах, кодирующих SLRPs, такие как lumican, fibromodulin, PRELP и opticin сцеплены с высокой степени миопией (Wang et al., 2006; Majava et al., 2007). Мутация сдвига рамки считывания в decorin вызывает C-терминальную делецию 33 аминокислот и обнаруживается при врожденной стромальной дистрофии роговицы (Bredrup et al., 2005; Rodahl et al., 2006). Миссенс и мутации сдвига рамки считывания в keratocan, ведут к заменам одиночных аминокислот или к С-терминальному укорочению, вызванному cornea plana (CNA2) (Pellegata et al., 2000). Мышиные модели продемонстрировали, что SLRP-дефицитные ткани обнаруживают нарушения структуры, организации фибрилл и структуры ткани, что приводит к различным фенотипическим отклонениям, включая: вялость кожи (Danielson et al., 1997), помутнение роговицы (Chakravarti et al., 1998), слабость сухожилий (Svens-son et al., 1999), и изменения в минерализации (Goldberg et al., 2006). Всё увеличивающиеся доказательства указывают на то, что дифференциальная экспрессия и кооперация разных SLRPs участвуют в сборке ткане-специфической структуры и функции (Chakravarti et al., 2006; Zhang et al., 2009).
Недавнее исследование выявило тяжелые фенотипические отклонения фибрилл и стромы у компаундных decorin и biglycan-дефицитных мышей (Zhang et al., 2009). Одиночные нулевые мыши имеют относительно нормальную строму роговицы. Метод анализа фибриллогенеза выявил, что decorin играет первичную роль в регуляции сборки фибрилл, тогда как biglycan может компенсировать потерю decorin в раннем развитии. Описано и взаимодействие lumican, управляющего экспрессией keratocan в роговице (Carlson et al., 2005). Fibromodulin и lumican обнаруживают 47% идентичность первичных последовательностей и соединяются с одним и тем же сайтом типа-I коллагена (Svensson et al., 2000; Kalamajski and Oldberg, 2009). Как fibromodulin (Matheson et al., 2005; Goldberg et al., 2006) , так и lumican (Chakravarti et al., 2006) участвуют в регуляции фибриллогенеза ткане-специфическим образом. Кроме того, было продемонстрировано в сухожилии, что lumican увеличивается в отсутствие fibromodulin (Svensson et al., 1999; Chakravarti et al., 2003), указывая тем самым, что они действуют как тесно скоординированная пара как и в случае decorin и biglycan.
Роговица и склера содержат класс-I SLRPs, decorin и biglycan (Zhang et al., 2009). Однако, класса-II SLRPs демонстрируют большую вариабельность в своём распределении; lumican экспрессируется как в строме роговицы, так и склеры, тогда как keratocan присутствует только в строме роговицы. Fibromodulin присутствует в склере, но едва обнаружим или отсутствует в строме роговицы взрослых мышей (Chakravarti, 2002; Schonherr et al., 2004). Предыдущие исследования сообщали, что fibromodulin-дефицитные мыши имеют нормальную длину окулярной оси, тогда как компаундные lumican/fibromodulin-дефицитные мыши имеюи увеличенную длину оси. Фенотип таких двойных дефицитных мышей более тяжел, чем фенотип мышей с дефицитом одного из генов (Chakravarti et al., 2003), указывая тем самым на синергичный эффект.
В данной работе исследовали роль fibromodulin в регуляции регион-специфичного фибриллогенеза, необходимого для интеграции матрикса роговицы и склеры в limbus и развития бороздки для нормального зрения. Мы предположили, что fibromodulin модулирует фибриллогенез ограниченным во времени и пространстве способом во время постнатального развития, когда глаз драматически увеличивает свою аксиальную длину (Tkatchenko et al., 2009).
Fig. 4. Light microscopy of the limbus of the anterior eye. The transparent cornea joins the opaque sclera at the limbus. The endothelium of the cornea is continuous with the epithelial lining of the angle of anterior chamber. The point where Decemet's layer disappears is defined as the lateral boundary of the endothelium and beginning of the limbus (indicated by black arrow). The following regions were analyzed: the limbus or junction between cornea and sclera (white square. Figs. 5, 6). The peripheral zone of the posterior cornea stroma was analyzed ~30 µm from where the Descemet's layer ends towards the central cornea (Fig. 7, white rectangle).
DISCUSSION
Данная работа выявляет важную регуляторную роль fibromodulin в регион-специфической регуляции фибриллогенеза во время постнатального развития каймы (limbus). Она является центральным место интеграции стромы роговицы и склеры, развития бороздки и искривления роговицы, а также оптических свойств передней части глаза. Fibromodulin выполняет важные функции в регуляции фибриллогенеза в разных тканях, таких как сухожилия (Svensson et al., 1999; Ezura et al., 2000) и склеры (Chakravarti et al., 2003). Наши данные демонстрируют с определенностью, что fibromodulin экспрессируется в роговице во время постнатального развития, но фактически отсутствует во взрослой роговице. Иммунолокализация выявляет дифференциальный пространственный и временной паттерн экспрессии fibromodulin во время развития периферической части роговицы. Продемонстрировано, что fibromodulin регулирует фибриллогенез в периферической части роговицы, где строма склеры и роговицы интегрируют во время развития регион-специфическим образом.
Кайма является зоной перехода между сильно отличающимися архитектурами стромы роговицы и склеры. Эти две отличающиеся соединительные ткани обладают разными структурными свойствами, напр.. жесткостью и эластичностью. Отличающиеся фибриллярные структуры в роговице и склере также подтверждают изменения предала прочности на разрыв поперек каймы и периферии роговицы во время развития. Постнатальное развитие глаз является тонко регулируемым процессом во время emmetropization. Используя высокого разрешения малых животных MRI, недавно было показано, что глаза мышей растут быстрее перед emmetropization; после чего глаза увеличиваются в своём размере медленно (Tkatchenko et al., 2009; Zieske, 2004). Уникальный временной паттерн экспрессии fibromodulin на периферии роговицы синхронизирован с этим процессом во время развития. Соотв., разрушение fibromodulin вызывает дезорганизацию фибрилл; наиболее тяжелый фенотип возникает приблизительно на ст. P30. Эти данные подтверждают, что экспрессия fibromodulin может быть запущена с помощью изменений в механическом стрессе в этой переходной области во время развития периферической части роговицы.
Изменение преломляющей способности роговицы происходит драматически на двух стадиях т.e. в раннем развитии и при старении. В раннем детстве, при переходе состояния преломляющей способности глаз от дальнозоркости к emmetropization, длина оси увеличивается, тогда как преломляющая сила роговицы снижается. Во время поздних лет жизни длина оси уменьшается, тогда как преломляющая сила роговицы увеличивается. Хотя длина оси играет основную роль в возникновении близорукости, в ряде исследований было показано, что увеличение крутизны изгиба роговицы также важно для развития миопии. Роговица не является механически инертной; incisional refractive хирургия может вызывать нестабильность изгиба роговицы. Целостность преломляющей силы периферии роговицы, как было установлено, важна для нормального зрения (Grosvenor and Goss. 1998; Tabernero et al., 2009). Периферия роговицы, особенно кайма, имеет фибриллы, преимущественно расположенные по окружности, что важно для стабилизации изогнутости роговицы.
В роговице и склере дифференциально экспрессируются SLRPs. Deeorin и biglycan присутствуют в обеих, тогда как keratocan ограничен роговицей. Хотя lumican и fibromodulin обнаруживаются и в роговице и склере, но lumican присутствует преимущественно в роговице, тоогда как fibromodulin более выражен в склере. На периферии роговицы fibromodulin увеличивается, тогда как lumican уменьшается. В этом перекрывающемся регионе, как fibromodulin, так и lumican одиночные нулевые мыши имеют фенотипы, сравнимые с таковым мышей дикого типа. Компаундные fibromodulin/lumican нулевые мыши демонстрируют тяжелый фибриллярный фенотип, это указывает на кооперативное взаимодействие между fibromodulin и lumican в регуляции сборки латеральных фибрилл в этой области. На кайме (limbus), fibromodulin доминирует по сравнению со слабо экспрессирующимся lumican. Fibromodulin-нулевые мыши обнаруживают фибриллы крупного и мелкого диаметра. Как и в нашем предыдущем сообщении по склере (Chakravarti et al., 2003), присутствует субпопуляция фибрилл малого диаметра на кайме у fibromodulin-нулевых мышей. Более мелкого диаметра фибриллы уменьшаются в числе у компаундных fibromodulin/lumican нулевых мышей, это указывает на то, что присутствие lumican в отсутствие fibromodulin вносит вклад в поддержание фибрилл малого диаметра в строме роговицы у fibromodulin-нулевых мышей. Lumican-нулевые мыши сходны с мышами дикого типа в отношении каймы, где экспрессия lumican слабая по сравнению со стромой роговицы. Эти результаты указывают на то, что дифференциальная пространственная экспрессия fibromodulin и lumican регулирует фибриллогенез в переходной кайме между роговицей и склерой. Эти результаты согласуются с нашим предыдущим сообщением, что дифференциальная во времени экспрессия fibromodulin и lumican регулирует фибриллогенез в развивающихся сухожилиях (Ezura et al., 2000).
Fibromodulin и lumican обладают почти 50% гомологией последовательностей, связываются с одним и тем же сайтом type-I collagen фибрилл и могут ингибировать один др. при фибриллогенезе in vitro. На периферии роговицы и кайме fibromodulin-нулевые мыши имеют фибриллы более крупного диаметра. При раннем развитии сухожилий наблюдалось сходное увеличение в диаметре фибрилл (Ezura et al., 2000). Однако при более позднем развитии сухожилий, когда экспрессия fibromodulin становилась доминантной, а lumican фактически отсутствовал, как fibromodulin-нулевые мыши, так и компаундные fibromodulin/lumican-нулевые мыши обнаруживали повышенную пропорцию фибрилл малого диаметра. Было предположено, что fibromodulin, подобно lumican, влияет на инициальную сборку протофибрилл подобно lumican, но также способствует созреванию фибрилл (Ezura et al., 2000). Недавнее сообщение продемонстрировало, что fibromodulin обладает двумя коллеген-связывающими LRR доменами: один для инициального поперечного связывания, который гомологичен lumican коллаген-связывающему сайту, и др., способствующий дальнейшей сборке и росту боковых фибрилл (Kalamajski and Oldberg, 2009). Основным фенотипом в кайме у fibromodulin-нулевых и компаундных fibromodulin/lumican-нулевых мышей является субпопуляция фибрилл крупного диаметра. Это отличается от поздних стадий развития сухожилий, хотя паттерн соотношений fibromodulin/lumican был сходным в обеих тканях. Различие фенотипов указывает на то, что помимо соотношения fibromodulin/lumican, ткане-специфические факторы, такие как др. SLRPs, ассоциированные с фибриллами коллагены и адгезивные glycoproteins также могут вносить существенный вклад в регуляцию тканевой специфичности (Zieske, 2004). Fibromodulin, как недавно установлено, соединяется с MMP-13 in vitro, который гипотетически может влиять на оборот коллагена (Tillgren et al., 2009). Нами было отмечено, что фенотип более тяжелый в периферической области вблизи клеточных отростков (Fig. 6). Это указывает на то, что оборот коллагена может быть повышен между P14-P30. Модуляция оборота матрикса также может быть важным фактором в регуляции фибриллогенеза и организации матрикса в этих тканях (Oldberg et al., 2007).
Недавние исследования у людей с высокой степенью миопии показали, что Glyl47Asp и Arg324Thr вариации в fibromodulin обнаруживаются в высоко консервативных leucine-rich repeat (LRR) доменах, это, как полагают, является фактором генетического риска, лежащим в основе патогенеза высокой степени миопии (Majava et al., 2007). Однако длина оси глаза не изменяется у fibromodulin-нулевых мышей (Chakravarti et al., 2003). Наши данные показывают, что fibromodulin может быть ассоциирован с миопией при патологических условиях, затрагивающих кривизну роговицы и склеры в результате регуляции фибриллогенеза в области каймы.
In conclusion, our study revealed a specific differential spatial and temporal expression of fibromodulin during peripheral cornea development. The temporal expression pattern was synchronized with emmetropization, the process in development whereby the eye increases its axial length and increases globe size dramatically. Our analysis demonstrated that fibromodulin regulates fibrillogenesis in a region-specific manner in the peripheral cornea. This is the region where the corneal and sclera stromas are functionally integrated. Region-specific regulation of collagen fibrillogenesis during anterior eye development is required for the development of normal cornea curvature and normal vision.
Сайт создан в системе
uCoz 