Органотипические культуры экплантатов сетчатки макаки

Наследственная дегенерация сетчатки (РД) характеризуется прогрессирующей гибелью фоторецепторных клеток и обусловлена мутациями в широком спектре патогенных генов¹. Конечным результатом РД является потеря зрения, и в подавляющем большинстве случаев болезнь остается неизлечимой по сей день. Поэтому важно изучать клеточные механизмы, приводящие к гибели фоторецепторов, используя модели, которые точно представляют состояние болезни человека. Здесь особый интерес представляют модели, основанные на приматах, из-за их близости к человеку. Примечательно, что такие модели могут способствовать разработке соответствующих терапевтических вмешательств, которые могут остановить или отсрочить гибель фоторецепторных клеток.

Предыдущие исследования механизмов гибели клеток при РД показали, что снижение или потеря активности фосфодиэстеразы 6 (ФДЭ6), вызванная мутациями генов, запускающих РД, приводит к снижению гидролиза циклического гуанозинмонофосфата (цГМФ)^2,3. цГМФ является специфическим агонистом циклических нуклеотид-управляемых ионных каналов (CNGC) во внешних сегментах стержней (АФК), а также ключевой молекулой, ответственной за преобразование световых сигналов в электрические сигналы в фоторецепторных клетках^{позвоночных 4}. Восстановленный гидролиз цГМФ вызывает накопление цГМФ в АФК, что приводит к открытию КНГК ⁵. Следовательно, пути фототрансдукции активируются, что приводит к увеличению концентрации катионов в фоторецепторных клетках. Этот процесс налагает метаболическую нагрузку на фоторецепторы, которая при чрезмерной активации, например, мутациями в ФДЭ6, может вызвать гибель клеток.

Многие исследования показали, что значительное перенакопление цГМФ в фоторецепторах мышиных моделей с различными мутациями гена RD может вызывать активацию цГМФ-зависимой протеинкиназы (PKG)^3,6. Это приводит к значительному увеличению умирающих, TUNEL-положительных клеток и постепенному истончению клеточного слоя фоторецепторов. Предыдущие исследования показывают, что гиперактивация ФКГ, вызванная повышенным уровнем цГМФ, является необходимым и достаточным условием для индукции гибели фоторецепторных клеток ^2,5. Исследования на различных мышиных моделях РД также показали, что активация ПКГ, вызванная повышенными уровнями цГМФ в фоторецепторах, приводит к чрезмерной активации нижестоящих эффекторов, таких как поли-АДФ-рибоза-полимераза 1 (PARP1), гистондеацетилазы (HDAC) и кальпаин 2,7,8,9. Это подразумевает причинно-следственные связи между этими различными белками-мишенями и гибелью фоторецепторных клеток.

Однако предыдущие исследования патологии, токсикофармакологии и терапии РД были в основном основаны на мышиных моделях РД^10,11,12. Тем не менее, остаются огромные трудности в клиническом переводе этих результатов. Это связано со значительными генетическими и физиологическими различиями между мышами и людьми, особенно в отношении структуры сетчатки. Напротив, нечеловекообразные приматы (NHP) также имеют высокую степень сходства с людьми в отношении генетических характеристик, физиологических моделей и регуляции факторов окружающей среды. Например, оптогенетическая терапия была исследована как средство восстановления активности сетчатки в модели^{NHP 13}. Лингам и его коллеги продемонстрировали, что индуцированные человеком плюрипотентные стволовые клетки-предшественники сетчатки могут спасти повреждение колбочковых фоторецепторов в NHP¹⁴. Поэтому модели NHP важны для изучения патогенеза РД и разработки эффективных методов лечения. В частности, NHP-модели РД, демонстрирующие патогенные механизмы, сходные с таковыми у людей, могут сыграть решающую роль в исследованиях по разработке и токсикофармакологическому анализу in vivo новых лекарств.

Ввиду длительного жизненного цикла, высокого уровня технических трудностей и высоких затрат, связанных с созданием моделей приматов in vivo , мы создали модель инопланетных приматов (NHP) in vitro с использованием культур эксплантированной сетчатки макак. Во-первых, были отобраны макаки дикого типа в возрасте 1-3 лет для культивирования эксплантатов сетчатки in vitro , которые включали комплекс сетчатка-RPE-сосудистая оболочка. Затем эксплантаты обрабатывали различными концентрациями запринаста ингибитора ФДЭ6 (100 мкМ, 200 мкМ и 400 мкМ), чтобы индуцировать сигнальный путь цГМФ-ПКГ. Гибель фоторецепторных клеток была количественно определена и проанализирована с помощью анализа TUNEL, а накопление цГМФ в эксплантах было проверено с помощью иммунофлуоресценции. Учитывая высокую степень сходства в отношении распределения и морфологии клеток, толщины слоя сетчатки и других физиологических характеристик сетчатки у обезьян и человека, установление сигнального пути цГМФ-ПКГ в модели сетчатки in vitro может способствовать будущим исследованиям патогенеза РД, а также исследованиям в области разработки и токсикофармакологии новых препаратов для лечения РД.