Naukowcy odkryli, że komórki oka „przebudowują” swoje połączenia, gdy zaczyna się utrata wzroku

Naukowcy z Jules Stein Eye Institute przy David Geffen School of Medicine na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles odkryli, że niektóre komórki siatkówki potrafią się przeprogramować, gdy wzrok zaczyna się pogarszać w przebiegu retinitis pigmentosa, dziedzicznej choroby oczu prowadzącej do postępującej ślepoty.

W badaniu na myszach naukowcy odkryli, że pręciki dwubiegunowe – neurony, które zazwyczaj otrzymują sygnały z pręcików, pośredniczących w widzeniu nocnym – mogą tworzyć nowe połączenia funkcjonalne z czopkami, pośredniczącymi w widzeniu dziennym, gdy ich dotychczasowi partnerzy przestają działać. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie „Current Biology”.

Retinitis pigmentosa dotyka miliony ludzi na całym świecie i jest jedną z głównych przyczyn dziedzicznej ślepoty. Chociaż choroba często postępuje powoli, a niektórzy pacjenci zachowują znaczną ostrość wzroku do wieku średniego, niewiele wiadomo na temat tego, jak siatkówka adaptuje się do utraty komórek. Zrozumienie tych naturalnych adaptacji może pomóc w identyfikacji nowych celów dla terapii chroniących wzrok.

Naukowcy wykorzystali myszy z wyłączonym genem rodopsyny, który modeluje wczesny etap retinitis pigmentosa, kiedy pręciki nie reagują na światło, a degeneracja postępuje powoli. Przeprowadzili pomiary elektryczne na poszczególnych komórkach pręcikowych, aby sprawdzić, jak zachowują się one po utracie normalnych sygnałów.

Zespół wykorzystał również inne modele myszy pozbawione różnych komponentów układu sygnalizacji pręcikowej, aby ustalić, co uruchamia proces przebudowy. Ich wyniki na poziomie pojedynczych komórek zostały potwierdzone pomiarami aktywności elektrycznej całej siatkówki.

U myszy z degeneracją pręcików, komórki dwubiegunowe pręcików wykazywały silne reakcje, napędzane sygnałami z czopków, a nie ich zwykłymi źródłami. Te nowe połączenia wykazywały charakterystyczną sygnaturę elektryczną sygnałów z czopków.

Restrukturyzacja połączeń nerwowych wystąpiła wyłącznie u myszy z degeneracją pręcików i nie została zaobserwowana w innych modelach, w których pręciki nie reagowały na światło, ale same komórki nie obumierały. Sugeruje to, że restrukturyzacja połączeń nerwowych jest inicjowana przez sam proces degeneracji, a nie jedynie przez brak sygnałów świetlnych lub zniszczenie synaps.

Odkrycia te uzupełniają badanie przeprowadzone w 2023 roku przez tę samą grupę, które wykazało, że poszczególne czopki mogą zachować funkcjonalność nawet po poważnych zmianach strukturalnych w późnych stadiach choroby. Łącznie badania te dowodzą, że siatkówka wykorzystuje różne mechanizmy adaptacyjne na różnych etapach rozwoju choroby.

„Nasze wyniki pokazują, że siatkówka przystosowuje się do utraty pręcików w sposób, który pozwala jej zachować wrażliwość na światło dzienne” – powiedział główny autor badania, dr AP Sampat z Instytutu Julesa Steina.

„Kiedy normalne połączenia między komórkami pręcikowatymi a pręcikami ulegną utracie, komórki te są w stanie przeprogramować się, aby odbierać sygnały z czopków. Wydaje się, że sygnałem do tej plastyczności jest sama degeneracja, być może poprzez rolę komórek glejowych lub czynników uwalnianych przez obumierające komórki”.

Otwartym pytaniem jest, czy ta reorganizacja jest ogólnym mechanizmem wykorzystywanym przez siatkówkę w przypadku obumierania pręcików. Zespół bada obecnie ten proces u innych myszy z mutacją, z defektami rodopsyny i innych białek pręcików, o których wiadomo, że powodują retinitis pigmentosa u ludzi.