Neurobiolodzy z Johns Hopkins Medicine wykorzystali genetycznie zmodyfikowane myszy, aby zbadać, w jaki sposób jedna mutacja w genie rodopsyny powoduje wrodzoną kurzą ślepotę. Schorzenie to – obecne od urodzenia – powoduje problemy ze wzrokiem w warunkach słabego oświetlenia.
Czytaj też: Genetyczne nożyczki faktycznie działają! Terapia CRISPR przywraca wzrok
Odkrycia, opisane w czasopiśmie PNAS, wykazują, że mutacja genu rodopsyny, zwana G90D, wytwarza niezwykły “szum” elektryczny tła, który wpływa na pręciki oka – fotoreceptory odpowiedzialne za widzenie nocne – powodując w ten sposób kurzą ślepotę. Identyfikacja tego mechanizmu może zapewnić przyszłe cele interwencji terapeutycznych.
Prof. King-Wai Yau z Johns Hopkins University School of Medicine mówi:
Wiadomo, że mutacja G90D w genie rodopsyny wytwarza szum elektryczny tła, który odczula pręciki, ale jego natura i dokładne źródło molekularne nie zostały wyjaśnione przez prawie 30 lat. Byliśmy w stanie pomóc rozwiązać mechanizm tej choroby na modelu myszy z bardzo niskim poziomem ekspresji rodopsyny G90D.
Co prowadzi do kurzej ślepoty?
Porównując niski poziom ekspresji G90D u zmodyfikowanych genetycznie myszy z poziomem G90D u pacjentów z kurzą ślepotą, naukowcy doszli do wniosku, że niezwykła aktywność elektryczna o niskiej amplitudzie, ale ekstremalnie wysokiej częstotliwości może być największym czynnikiem przyczyniającym się do choroby u ludzi.
Czytaj też: Eksperymentalny lek hamuje utratę wzroku. Ważny szczególnie dla jednej grupy osób
Poza niezwykłym szumem elektrycznym wiadomo, że rodopsyna wytwarza inny rodzaj aktywności elektrycznej zwany spontaniczną izomeryzacją termiczną, w której energia cieplna wewnątrz cząsteczek barwnika powoduje losową aktywację rodopsyny. W przeciwieństwie do zaobserwowanej niezwykłej aktywności elektrycznej, spontaniczna izomeryzacja rodopsyny G90D wykazała wysoką amplitudę, ale niską częstotliwość. W swoich eksperymentach naukowcy odkryli, że szybkość spontanicznej izomeryzacji rodopsyny G90D jest około 200 razy wyższa niż normalnej rodopsyny, ale efekt adaptacji pręcików nie jest wystarczająco wysoki, aby znacząco przyczyniać się do kurzej ślepoty u ludzi.
W większości przypadków pręciki są bardzo wrażliwe na światło, ale u osób z kurzą ślepotą fotoreceptory te nie są w stanie dokładnie wykrywać zmian w świetle i nie działają w ciemności. Osoby z kurzą ślepotą potrzebują jaśniejszego światła, aby dobrze widzieć.
Mimo że naukowcy wiedzieli o mutacji G90D, to przez dziesięciolecia mieli trudności z określeniem, w jaki sposób powoduje ona kurzą ślepotę, ponieważ wcześniejsze modele myszy z tą mutacją generowały wysoki poziom szumu tła, wywołując efekty podobne do światła tła, do którego pręciki myszy szybko się przystosowują. Aby obejść ten problem, naukowcy zmodyfikowali genetycznie myszy, aby miały niską ekspresję G90D, poziom równy 0,1 proc. normalnej rodopsyny występującej w naturalnej populacji gryzoni. Umożliwiło to naukowcom rozróżnienie odmiennych typów aktywności wytwarzanej u myszy z mutacją G90D, tak jakby było mało lub wcale nie było równoważnego światła tła.
Naukowcy zastosowali metodę o wysokiej rozdzielczości, aby zarejestrować aktywność elektryczną w poszczególnych pręcikach siatkówki myszy, do której uzyskali dostęp za pomocą ultracienkiej szklanej pipety – o szerokości ok. 1/70 wielkości ludzkiego włosa – wypełnionej roztworem soli fizjologicznej zdolnym do przewodzenia prądu.
G90D jest jedną z 4 mutacji rodopsyny związanych z kurzą ślepotą. Następnym krokiem jest zidentyfikowanie, w jaki sposób inne mutacje rodopsyny – T94I, A292E i A295V – prowadzą do choroby.