Функции серотонина (5-HT) включают регуляцию настроения, аппетита и сна. Он также обладает некоторыми когнитивными функциями, такими как память и обучение. Дефицит серотонина играет важную роль в патогенезе депрессии. Тем же самым образом serotonergic путь участвует в патофизиологии суицидального поведения [1]. Биосинтез 5-HT это двухступенчатый процесс; первая, скорость ограничивающая ступень в синтезе 5-HT это превращение L-tryptophan аминокислоты в 5-hydroxytryptophan (5-HTP), который катализирует tryptophan hydroxylase (TPH) [2,3,4]. Существует две TPH изоформы (TPH1 и TPH2). TPH1 преимущественно располагается в разных не нейрональных клетках, таких как enterochromaffin клетки кишечника и шишковидной железе [5,6,7]. TPH2 экспрессируется в myenteric сплетении и serotonergic нейронах и ядрах raphe [8]. Следовательно, ген TPH2 является идеальным кандидатом для понимания роли нарушения регуляции serotonergic гомеостаза головного мозга [9].

Исследования на животных и людяхs подтвердили существенные взаимоотношения между измененной активностью Tph2 и депрессией. Так, Beaulieu et al. сообщили, что мыши, обладающие единичной точечной мутацией, вызывающей замену R439H в Tph2, обнаруживают снижение синтеза 5-HT на тканевом уровне и повышение депрессивного, тревожного и агрессивного поведения. Примечательно, что аналогичная мутация у людей, R441H, была идентифицирована когорте людей с депрессией в поздний период жизни [10]. Кроме того, генетический анализ обнаружил ассоциации с некоторыми не закодированными полиморфизмами в гене TPH2 с депрессией, биполярными расстройствами и суицидальностью [11,12,13,14].

Генотерапия имеет целью перенос генов для модулирования функции клеток, коррекции дефицита, вызываемого потерей или альтерациями гена, чтобы модифицировать экспрессию белка . При болезнях головного мозга главным препятствием - это обнаружение эффективного вектора, способного проникать в головной мозг. В этом контексте некоторые исследования сообщили о много-обещающих терапевтических возможностях для медицинского применения, путем использования модифицированных вирусных векторов, липосом, генетически модифицированных клеток, наночастиц или непосредственно переноса голой ДНК [15,16,17,18]. Большинство исследований генотерапии используют один из трех подходов с аденовирусами, лентивирусами и адено-ассоциированными вирусами для переносе генов в головной мозг и глаза [19]. Однако, эти вирусные векторы обнаруживают некоторые критические проблемы, такие как иммуногенность, токсичность, интеграции в геном и ограничение размера вставляемой ДНК [20,21,22]. Поэтому не вирусная терапия рассматривается как более безопасная, чем вирусная генотерапия благодаря низкой иммуногенности, низкой токсичности, низкому риску мутагенеза и отсутствию патогенности [23]. Внутриносовое и глазное применение предоставляет не инвазивный метод доставки субстанций высокого мол. веса, таких как белки, вирусные векторы, голые плазмиды, наночастицы, стволовые клетки и рекомбинантные частицы в головной мозг [24-26]. Большинство исследований генотерапии сконцентрировано на внутриносовом применении [26,27,28], наша группа продемонстрировала присутствие GFP в обонятельных луковицах, гиппокампе, фронтальной коре и стволе мозга после внутриносовом введении pIRES-hrGFP-1a, подтвердив, что эти плазмиды могут рассматриваться как прекрасные кандидаты в исследованиях по генотерапии [29]. Немногие исследования генотерапии использовали невирусные векторы, такие как плазмиды для введения через глаза. Однако, поскольку оба глаза и головногй мозг обнаруживают привелигированные иммунные характеристики, препятствующие воспалительным и иммунным реакциям на невирусные векторы, в данной работе мы воздействовали на животных плазмидой pIRES-hrGFP-1a-Tph2-FLAG посредством введения в глаз (ophthalmic administration (Op-Ad)) [30]. Было известно, что если ДНК плазмида содержит ген Tph2 мыши, которая будучи введена в глаз может достигать головного мозга и получены доказательства присутствия рекомбинантной Tph2-FLAG в структурах головного мозга.

Итак, Op-Ad применение является неинвазивным методом, позволяющим доставлять генетические устройства через глаз до головного мозга. Мышиный Tph2 ген был клонирован в невирусный вектор (pIRES-hrGFP-1a), генерирующий pIRES-hrGFP-1a-Tph2, плюс FLAG-tag. Конструкция pIRES-hrGFP-1a-Tph2-FLAG была способна экспрессировать и продуцировать рекомбинантный Tph2-FLAG it и in vivo. В последнем случае конструкция эффективно пересекала гемато-окулярный барьер и гемато-энцефалический барьер, достигая клеток головного мозга, проходящих по зрительному нерву и транскрибирующих mRNA-Tph2-FLAG в разных областях головного мозга. Рекомбинантные Tph2-FLAG обнаруживались в amygdala и стволе мозга, главным образом в raphe dorsal и medial. Относительная экспрессия Tph2 превышала втрое бьазовый уровень спустя 3 дня после Op-Ad. Эти результаты показали, что pIRES-hrGFP-Tph2-FLAG, ввуеденные через глаза способны достигать головного мозга, транскрибировать и транслировать Tph2. Следовательно, возможна доставка терапевтического гена, таког как Tph2, первого энзима скорость-ограничивающей ступени в биосинтезе 5-HT.