Клетки глаза «перепрокладывают» свои связи при начале потери зрения, выяснили учёные

Учёные из Института глазных болезней Жюля Стайна при Медицинской школе Дэвида Геффена (UCLA) обнаружили, что определённые клетки сетчатки способны перепрограммироваться, когда зрение начинает ухудшаться при пигментном ретините — наследственном заболевании глаз, которое приводит к прогрессирующей слепоте.

В исследовании на мышах учёные выяснили, что биполярные палочковые клетки — нейроны, которые обычно получают сигналы от палочек, обеспечивающих ночное зрение, — могут формировать новые функциональные связи с колбочками, отвечающими за дневное зрение, когда их обычные партнёры перестают работать. Результаты опубликованы в журнале Current Biology.

Пигментный ретинит поражает миллионы людей по всему миру и является одной из ведущих причин наследственной слепоты. Хотя заболевание часто прогрессирует медленно и некоторые пациенты сохраняют значительную часть зрения до среднего возраста, о том, как сетчатка адаптируется к потере клеток, известно мало. Понимание этих естественных механизмов адаптации может помочь найти новые мишени для терапии, направленной на сохранение зрения.

Учёные использовали мышей с «выключенным» геном родопсина, моделирующих раннюю стадию пигментного ретинита, когда палочки не могут реагировать на свет, а дегенерация протекает медленно. Они проводили электрические измерения на отдельных палочковых биполярных клетках, чтобы понять, как эти клетки ведут себя при утрате обычных сигналов.

Также команда использовала другие модели мышей, лишённых различных компонентов сигнальной системы палочек, чтобы выяснить, что именно запускает процесс переподключения. Полученные результаты на уровне отдельных клеток были подтверждены измерениями электрической активности всей сетчатки.

У мышей с дегенерацией палочек палочковые биполярные клетки демонстрировали сильные ответы, управляемые сигналами от колбочек, а не от их обычных источников. Эти новые связи показывали характерные электрические признаки колбочковых сигналов.

Переподключение происходило только у мышей с дегенерацией палочек и не наблюдалось у других моделей, где палочки не реагировали на свет, но сами клетки не погибали. Это указывает на то, что перестройка нейронных связей запускается именно процессом дегенерации, а не просто отсутствием световых сигналов или разрушением синапсов.

Эти данные дополняют исследование 2023 года той же группы, в котором было показано, что отдельные колбочки могут сохранять функциональность даже после серьёзных структурных изменений на поздних стадиях болезни. Вместе эти работы демонстрируют, что сетчатка использует разные механизмы адаптации на различных этапах прогрессирования заболевания.

«Наши результаты показывают, что сетчатка приспосабливается к потере палочек таким образом, чтобы попытаться сохранить чувствительность к дневному свету», — отметил ведущий автор исследования доктор философии А.П. Сампат из Института Жюля Стайна.

«Когда обычные связи между палочковыми биполярными клетками и палочками теряются, эти клетки способны перестроиться и принимать сигналы от колбочек. Судя по всему, сигналом для такой пластичности служит сама дегенерация — возможно, через роль глиальных клеток поддержки или факторов, выделяемых умирающими клетками».

Одним из открытых вопросов остаётся, является ли такое переподключение общим механизмом, используемым сетчаткой при гибели палочек. Сейчас группа исследует этот процесс на других мутантных мышах с нарушениями родопсина и других белков палочек, которые известны как причина пигментного ретинита у человека.