Исследование предполагает, что высокочастотный электрический «шум» приводит к врожденной куриной слепоте

Нейробиологи из Университета Джонса Хопкинса, которые, по их мнению, являются разгадкой 30-летней биологической загадки. Они используют генно-инженерных мышей, чтобы выяснить, как одна мутация в гене светочувствительного белка родопсина приводит к врожденной стационарной куриной слепоте.

Это заболевание присутствует с рождения и приводит к ухудшению зрения в условиях низкой освещенности.

Результаты, опубликованные в Труды Национальной академии наукпродемонстрировали, что мутация гена родопсина, названная G90D, производит необычный фоновый электрический «шум», который снижает чувствительность глазных палочек, тех клеток сетчатки в задней части глаза, которые отвечают за ночное зрение, вызывая тем самым ночную слепоту.

Идентификация необычной электрической активности может «обеспечить будущие цели для терапевтических вмешательств», пишут авторы исследования.

Эти электрические явления могут помочь ученым лучше понять, как функционируют палочки и колбочки глаза, говорит Кинг-Вай Яу, доктор философии, профессор кафедры нейробиологии Медицинской школы Университета Джонса Хопкинса.

Исследование возглавляли Яу и научный сотрудник Цзуин Чай.

«Известно, что мутация G90D в родопсине вызывает фоновый электрический шум, снижающий чувствительность палочек, но природа «шума» и его точный молекулярный источник не были выяснены в течение почти 30 лет», — говорит Яу. «Мы смогли помочь раскрыть механизм этого заболевания с помощью мышиной модели с очень низким уровнем экспрессии родопсина G90D».

Сравнивая низкий уровень экспрессии G90D, обнаруженный у генно-инженерных мышей, с уровнем G90D, обнаруженным у пациентов с куриной слепотой, авторы пришли к выводу, что необычная электрическая активность с низкой амплитудой, но чрезвычайно высокой частотой может вносить наибольший вклад в развитие куриной слепоты. болезнь у людей.

Помимо необычного электрического шума, родопсин, как известно, производит другой тип электрической активности, называемый спонтанной термической изомеризацией, при которой тепловая энергия внутри молекулы родопсина вызывает случайную активацию родопсина.

В отличие от наблюдаемой необычной электрической активности, спонтанная изомеризация родопсина G90D продемонстрировала высокую амплитуду, но низкую частоту. В своих экспериментах исследователи обнаружили, что скорость спонтанной изомеризации родопсина G90D примерно в двести раз выше, чем у обычного родопсина, но их эффект адаптации палочек недостаточно высок, чтобы внести значительный вклад в куриную слепоту у людей.

В большинстве случаев палочки очень чувствительны к свету, но у людей с куриной слепотой палочки не могут точно обнаруживать изменения света и не работают в темноте. По словам Яу, людям с этим заболеванием требуется более яркий свет, чтобы видеть в условиях низкой освещенности.

На протяжении десятилетий, хотя исследователи знали о мутации G90D, им было трудно определить, как она вызывает куриную слепоту, поскольку предыдущие модели мышей с этой мутацией генерировали высокий уровень фонового шума, создавая эффекты, подобные фоновому свету, к которому палочки мыши быстро адаптируются. . Это затруднило исследователям точное измерение сигнальных эффектов мутации.

Чтобы обойти эту проблему, исследователи из Johns Hopkins Medicine генетически модифицировали мышей, чтобы у них была низкая экспрессия G90D, уровень, равный 0,1% нормального родопсина, обнаруженного в естественной популяции мышей.

Это позволило исследователям различать различные типы активности, возникающие у мышей с мутацией G90D, как если бы эквивалентного фонового света было мало или совсем не было.

Ученые использовали метод высокого разрешения для регистрации электрической активности в отдельных палочках сетчатки мыши, доступ к которым они получили с помощью ультра-крошечной стеклянной пипетки (шириной примерно в одну семидесятую размера человеческого волоса), наполненной физиологическим раствором. способный проводить электричество.

«Вы действительно можете увидеть эти события», — говорит Яу. «Мы использовали особую технику, называемую записью с помощью аспирационной пипетки, для записи активности с таким высоким разрешением, что если одна молекула родопсина изомеризуется или активируется, мы можем это увидеть, потому что это вызывает изменение электрического тока».

G90D — одна из четырех мутаций родопсина, связанных с куриной слепотой. Первый автор Чай говорит, что следующие шаги – определить, как другие мутации родопсина, T94I, A292E и A295V, приводят к этому состоянию.

«Механизм, вызывающий куриную слепоту G90D, может быть аналогичен трем другим мутациям родопсина, вызывающим это состояние», — говорит Чай.

Среди других ученых, которые внесли свой вклад в исследование, – Яцин Йе, Дэниел Сильверман и Рэндалл Рид из Университета Джонса Хопкинса, а также Кейси Роуз, Алана Мадура и Джинни Чен из Университета Южной Калифорнии.