Прогрессирующее развитие куриной слепоты и туннельного зрения, иногда с раннего возраста 2 лет, являются товарными знаками пигментного ретинита. Пигментный ретинит, являясь наиболее распространенным наследственным заболеванием сетчатки, поражает почти 1 человека из 4000. Более 1 миллиона человек во всем мире страдают нарушениями зрения из-за этого неизлечимого заболевания.
С этим состоянием связан ряд генов. Пятьдесят восемь наследуются по менделевскому аутосомно-рецессивному типу, в то время как ряд генов передается по аутосомно-доминантному или Х-сцепленному типу наследования. Однако эти гены не объясняют около 40 процентов случаев.
Докторант Смрити Агравал, соавтор этого исследования, и ее наставник, соавтор доктор. Руи Чен, доцент кафедры молекулярной генетики и генетики человека в Медицинском колледже Бейлора, вместе с коллегами из других институтов США.K., Калифорния и Мэриленд обнаружили, что мутации в REEP6 – гене, который до сих пор не был связан с заболеванием человека – могут объяснить некоторые случаи, в которых не было генетического диагноза.
Это открытие стало результатом длительного сотрудничества, которое началось, когда тезис Агравала на известной встрече специалистов по зрению ARVO привлек внимание исследователей из Университетского колледжа Лондона, которые также изучают пигментный ретинит.
"Мы обнаружили у наших пациентов четыре семьи, затронутые этим новым пигментным ретинитом, связанным с REEP6, и начали готовить рукопись, когда прочитали аннотацию, которую лаборатория Руи Чена отправила на встречу ARVO в 2016 году," сказал соавтор доктор. Майкл Читам, профессор молекулярной и клеточной биологии Института офтальмологии Университетского колледжа Лондона. "Когда мы узнали, что в лаборатории Чена было похожее семейство и что были разработаны модели мышей с мутациями REEP6, мы связались с Ченом, чтобы обсудить объединение усилий и сотрудничество."
Сотрудничество позволило им расширить поиск генов в более крупной базе данных пациентов. Результатом стало выявление новых мутаций в REEP6 у семи пациентов из пяти независимых семей с пигментным ретинитом.
Путь к открытию: от передней части к задней части глаза
"У обоих моих бабушек и дедушек катаракта – заболевание, вызванное тем, что хрусталик, расположенный в передней части глаза, становится непрозрачным," Агравал сказал. "Это побудило меня изучить это состояние, прежде чем присоединиться к доктору. Лаборатория Чена. Попутно заинтересовалась и другими заболеваниями глаз. В частности, мне было очень интересно изучить генетические основы пигментного ретинита, заболевания, поражающего сетчатку, тонкий слой ткани, выстилающий заднюю часть глаза. Сетчатка состоит из множества различных типов клеток, которые взаимодействуют друг с другом, чтобы мы могли видеть. При пигментном ретините тип светочувствительных нейронов, называемых палочковидными фоторецепторами, необходимых для слабого и периферического зрения, подвергается прогрессирующей дегенерации, что в конечном итоге приводит к серьезному ухудшению зрения."
"При этом заболевании пораженные стержни рано умирают и вызывают гибель окружающих клеток колбочек, что в конечном итоге приводит к слепоте в самых тяжелых случаях," сказал соавтор доктор. Гэвин Арно, научный сотрудник Института офтальмологии Университетского колледжа Лондона."
Хотя общие характеристики различных форм пигментного ретинита схожи, они генетически различны. Кроме того, проявления пигментного ретинита могут значительно различаться у разных пациентов. Некоторые испытывают куриную слепоту с 2–3 лет. Однако у большинства из них симптомы появляются в раннем подростковом возрасте; многие не замечают прогрессирующей куриной слепоты, потому что не водят машину,. Заболевание прогрессирует до потери периферического зрения, что приводит к туннельному зрению. Иногда конечный результат – полная слепота. В других случаях пациент может сохранять зрение на всю жизнь, но при этом его острота снижается.
"Понимание генетики помогает нам спрогнозировать естественный путь болезни и, например, сказать подростку, где его или ее зрение, вероятно, будет через 20-30 лет," Чен сказал. "Как только стержни умирают, их нельзя заменить, и пока нет лекарства от болезни. Мы надеемся, что наши исследования также помогут нам найти способы отремонтировать поврежденные стержни, пока не стало слишком поздно."
Внесение REEP6 в таблицу исследований пигментного ретинита
Исследователи проанализировали все гены почти 600 пациентов с наследственными заболеваниями сетчатки с помощью секвенирования следующего поколения. Семь пациентов с клинически диагностированным пигментным ретинитом – все имели туннельное зрение и потерю зрения и не были родственниками – имели мутации в одном и том же гене REEP6.
"Во всех изученных семьях болезнь передалась по аутосомно-рецессивному типу," сказал Агравал. "Каждый из родителей не имеет заболевания, но имеет дефектную копию REEP6. Генетические мутации, которые мы идентифицировали в REEP6, различались у пациентов."
Чтобы еще больше подтвердить роль REEP6 в пигментном ретините, ученые провели серию экспериментов, в которых они сверхэкспрессировали одну из мутаций REEP6 в линиях клеток человека. Затем они посмотрели, повлияли ли мутации на белок REEP6 – на его стабильность, функцию, экспрессию и локализацию.
"Мы обнаружили, что некоторые из вариантов вызывают образование внутриклеточных телец включения, которые наблюдаются в сетчатке глаза пациентов, что свидетельствует об уровне нестабильности белка" Чен сказал. "Мутантные белки не сворачиваются должным образом и образуют агрегаты, которые накапливаются внутри клетки в виде телец включения."
Ученые также разработали модель мышей, на которой они изучили болезнь дальше.
"Мы выбрали одну из мутаций REEP6 человека и создали такую же специфическую точечную мутацию в мышином эквиваленте REEP6, используя редактирование гена CRISPR / Cas9," Агравал сказал. "Мыши, несущие мутацию, имели характеристики, эквивалентные тем, которые были обнаружены у пациентов. Наша лаборатория первой применила редактирование генов CRISPR для создания модели пигментного ретинита на мышах с мутациями конкретного пациента и использовала ее для изучения патогенеза заболевания."
Открытие новых путей в исследовании пигментного ретинита
"Мы очень рады открытию нового гена, связанного с этим заболеванием," Чен сказал. "Это потенциально может помочь в диагностике пигментного ретинита, а модель на мышах может помочь протестировать генную терапию для спасения дефектного гена, а также другие методы лечения."
"Обнаруженный нами новый механизм заболевания позволит нам глубже изучить, как сетчатка работает и поддерживает свою функцию, а также что происходит, когда она выходит из строя," Читам сказал.
"Я невероятно рад работать над этим проектом," Агравал сказал. "Мы обнаружили мутации в новом гене у пациентов с пигментным ретинитом. Я был поражен тем, что мыши с мутантами Reep6 так хорошо воспроизводили характеристики, наблюдаемые у пациентов. Наша работа интересна для меня, поскольку она демонстрирует силу генетических инструментов и то, как мы можем использовать их для улучшения наших знаний о том, что вызывает слепоту, разрушительное состояние, от которого страдают миллионы людей во всем мире. Я участвовал в очень продуктивном международном сотрудничестве и многому научился в процессе."
"Это было действительно позитивное и отличное сотрудничество между Baylor и UCL, и мы с нетерпением ждем совместной работы в будущем," Чен и Читам сказали.
Исследование опубликовано в Американском журнале генетики человека.