Исследование дегенерации сетчатки на плодовых мушках

Исследование сенсорных биологов из Университета Джонса Хопкинса на плодовых мушках (Drosophila) выявило критический этап в зрении насекомых. У людей с нарушениями на этом же этапе развиваются ретинальные дистрофии, которые проявляются как дефекты зрения — от умеренных нарушений до полной слепоты. Статья, опубликованная 26 января в Current Biology, прокладывает путь к использованию плодовой мушки для скрининга терапий, направленных на лечение дегенерации сетчатки у человека.

Ретинальные дистрофии возникают из-за наследственных дефектов почти на каждом этапе так называемого «зрительного цикла» — серии биохимических реакций, известных у позвоночных, которые перерабатывают молекулу, обеспечивающую обнаружение света в клетках глаза. «Терапевтические подходы для борьбы с такими дистрофиями сетчатки очень ограничены», — говорит профессор Крейг Монтелл. — Поэтому полезно использовать более простые модельные организмы, такие как плодовые мушки, чтобы разобраться в сложных системах, таких как зрение, а затем перенести эти знания для использования у позвоночных».

Ранее считалось, что этот зрительный цикл отсутствует у беспозвоночных. Исследователи, изучающие зрение мух, долгое время полагали, что молекулы в их глазах, ответственные за захват фотонов света, могут регенерировать, просто поглощая больше света, и им не нужен биохимический цикл для повторного использования молекулы.

Изучая роль фермента PDH (pigment-cell-enriched dehydrogenase) в способности мух производить светочувствительные молекулы, команда создала мух с мутацией в гене, кодирующем PDH. Оказалось, что только что вылупившиеся мухи без PDH нормально реагировали на свет.

«Это было неожиданно. Сначала PDH казался необязательным, так как зрительные реакции были нормальными, но со временем пигмент деградировал», — говорит Монтелл. Это заставило задаться вопросом: если PDH не производит новые светочувствительные молекулы, а мухи могут перерабатывать их с помощью света, почему эти мухи теряют свои светочувствительные молекулы и, как следствие, зрение?

Оказалось, что PDH необходим для переработки использованных светочувствительных молекул в ранее нераспознанном зрительном цикле у мух. Мухи действительно могут перерабатывать молекулы, поглощая свет, но в конечном итоге белок, удерживающий эти молекулы в клетках, должен заменяться новым. Когда это происходит, для регенерации светочувствительных молекул необходим биохимический зрительный цикл. Со временем у мутантных мух без функционального цикла использованные молекулы не регенерировались, что приводило к гибели клеток сетчатки и потере зрения.

Чтобы оценить схожесть зрительного цикла у мух и млекопитающих, команда заменила ген PDH у мух на ген схожего фермента млекопитающих. У таких мух была нормальная электрическая активность клеток сетчатки в ответ на свет, поддерживались правильные уровни светочувствительных молекул, и сетчатка оставалась здоровой. Этот эксперимент показал, что существуют сходства в зрительных циклах млекопитающих и мух.

«Мухи — хорошая модель для изучения и тестирования новых методов лечения дегенерации сетчатки», — заключает Монтелл. — «Это исследование открывает двери для использования мух в поиске лекарств, снижающих дегенерацию сетчатки у человека, вызванную дефектами зрительного цикла».