Изменение активности генов и офтальмология

Изменение активности генов сетчатки при повышении внутриглазного давления

При повышении внутриглазного давления несколько десятков генов в клетках сетчатки изменяют свою активность. Информация о том, какие группы генов вовлечены в адаптационный процесс, поможет ученым разработать более эффективные средства защиты зрительного нерва, когда он погибает от глаукомы.

Технологии микромассивов (см. ниже) сейчас широко применяются в экспериментальных исследованиях. Ученые из Национального института глаза США (IOVS 45:1247) использовали микромассивы для оценки активности генов сетчатки в ответ на повышение внутриглазного давления. И хотя уже опубликовано немало работ по молекулярным изменениям на уровне сетчатки глаукомного глаза, все они касаются вполне конкретных, единичных генов и белков, которые исследователи посчитали важными для патологического процесса.

Микромассивы позволяют получить фотоснимок активности большого числа – не одного, не двух-трех – генов изучаемой ткани на момент исследования. И уже сам исследуемый орган говорит ученым, что важно, что нет, независимо от того, что они по этому поводу думают. В частности, массив, использовавшийся в данном исследовании, содержит участки связывания для 8000 генных последовательностей. 85 генов из этой обоймы изменили активность после того, как ученые спровоцировали хронический подъем внутриглазного давления введением гипертонического раствора в эписклеральные вены лабораторных крыс.

Гены, отреагировавшие на повышение внутриглазного давления, функционально относятся к разным группам. Особое внимание обращается на то, что несколько генов участвует в иммунных реакциях организма. Предполагается, что иммунная система играет немаловажную роль в развитии глаукомы.

Представителями иммунной системы в нервной, к которой относится сетчатка и зрительной нерв, является глия, или нейроглия – клетки, окружающие нейроны, участвующие в их питании, защите и уходе. Т.н. микроглиоциты – это те же макрофаги, клетки-пожиратели врагов, патрулирующие кровеносное русло. В ответ на повышение внутриглазного давления нейроглия вырабатывает химические сигналы, говорящие окружающим клеткам об опасности, привлекающие из кровотока легионы иммунных клеток, спешащих на помощь терпящим бедствие собратьям.


Крупная фиолетовая клетка на переднем плане – это нейрон. Вокруг него – разветвленная сеть поддерживающей нейроглии. Клетка микроглии (microglial cell), окрашенная в голубой цвет – это представитель иммунной системы в сетчатке.

Кроме того, микроглия начинает синтезировать средства атаки, призванные отразить нападение со стороны недоброжелательных сил. Под таковыми наш организм приучен эволюцией видеть микробы и вирусы, отработанные, раковые и зараженные вирусами клетки. Поэтому и средства борьбы весьма узконаправленные (протеазы, антитела, свободные радикалы, оксиды азота, система комплемента), которые мало помогают при повышении механического давления, а больше норовят повредить свои собственные еще живые нейроны. Изучение этих дезориентированных иммунных процессов в сетчатке при глаукоме, по мнению специалистов, может продвинуть нас на пути разработки лекарственных препаратов, спасающих поврежденные, но еще живые нервные клетки. Такая терапия называется нейропротекцией.

Нейропротекция – весьма модное слово в современной биомедицине. Защита нейронов от собственных иммунных клеток признается актуальной при таких разных нейродегенеративных заболеваниях как болезнь Альцгеймера, паркинсонизм, возрастная макулодистрофия.

Небольшое пояснение тем, кому не совсем понятно, почему при глаукоме гибнет зрительный нерв, а речь все время идет о сетчатке. Дело в том, что зрительный нерв состоит из волокон клеток, тела которых расположены во внутренних слоях сетчатки (ганглионарные клетки).

Одной из целей исследователей было также выявление белков, специфичных для глаукомного поражения зрительного нерва (глаукомной оптической нейропатии). Как известно, для глаукомы характерно «продавливание» диска зрительного нерва. В нем формируется ямка (экскавация) по мере того, как прогрессирует гибель волокон зрительного нерва. Экскавация диска зрительного нерва является важным клиническим признаком глаукомы, поскольку при других формах оптической нейропатии экскавация не наблюдается.

С целью выявить специфичные для глаукомного глаза гены исследователи параллельно проверили изменение генной активности сетчатки в ответ на механическое повреждение зрительного нерва. К сожалению, данная цель учеными не была достигнута, но они не теряют надежды на то, что это дело ближайшего будущего. Неудачу они объясняют тем, что в рамках этого исследования они изучали сетчатку, а не клетки диска зрительного нерва.

Травма роговицы подавляет гены слезной железы

Последние исследования генетической активности клеток, продуцирующих слезу, выявили значительное подавление генов в слезной железе после травмы роговицы. Снижение активности генов может быть новым объяснением, почему у некоторых пациентов после ЛАСИК развивается синдром сухого глаза.

[LASIK (читается «лейсик») – это наиболее часто выполняемая операция по поводу коррекции зрения. Чаще всего эта операция проводится с целью исправления близорукости, но она помогает при астигматизме, а также при дальнозоркости. Название операции является сокращением ее полного названия на английском языке – Laser-Assisted in SItu Keratomileusis, что на языке родных осин звучит для ушей широкой публики ничуть не яснее – лазерный кератомилез.]

Классическое видение проблемы базируется на следующих представлениях. Слезопродукция регулируется, прежде всего, вегетативной нервной системой, получающей стимулирующую информацию из чувствительных нервов роговицы. Травма роговицы приводит к раздражению нервных окончаний, что провоцирует всплеск секреторной активности слезной железы. Формирование лоскута роговицы при ЛАСИК неизбежно приводит к той или иной степени временного повреждения окончаний чувствительных нервов роговицы. Это объясняет снижение слезопродукции после рефракционных операций на роговице.

Исследование, опубликованное в февральском номере IOVS (2005;46:461), расширяет границы нашего понимания проблемы и вносит некоторый диссонанс в сложившуюся научную модель.

Интуитивно можно предполагать, что травма роговицы должна стимулировать секрецию слезной жидкости, соответственно и биохимическую активность клеток слезной железы, и синтез нуклеиновых кислот (т.н. мРНК), управляющих синтезом белков слезной жидкости (муцинов). Лабораторные результаты продемонстрировали обратное. Работа генов слезной железы после травмы роговицы существенно и широкомасштабно подавляется, по всей видимости, как проявление некого базового антистрессового механизма.

Заслуживает внимания продвинутая технология, которая была использована для оценки генетической активности клеток слезной железы. Использовались т.н. микромассивы или microarrays. На специальное стекло наносятся многие тысячи известных генетических последовательностей. Через это стекло промываются растворы разрушенных клеток, чью генетическую активность нужно оценить. Из-за специфического взаимодействия на стекле после промывания останутся только молекулы мРНК, соответствующие фиксированным к стеклу последовательностям. Используя специальные технологии окрашивания, можно проследить, какие гены активны в изучаемых клетках, а какие – нет.

Микромассивы могут выявлять различные уровни экспрессии одновременно тысяч генов. Микромассивы являются простым методом для визуализации того, какие гены, скорее всего, используются в определенной ткани при определенном наборе условий.

В обсуждаемом исследовании проверялась активность клеток по более чем 15 тысячам генов. Такой анализ позволил получить общую картину генетической активности клеток слезной железы без травмы роговицы или после таковой.

Из исследованных генов почти 4 тысячи продемонстрировали серьезные изменения в уровне активности после травмы. И в 56% случаев изменение заключалось в уменьшении активности. Когда весь гигантский массив полученной информации был проанализирован, выяснилось, что гены, ответственные за регуляцию секреции слезной жидкости, в ответ на травму выключились.

Оптимисты оценивают полученные результаты как потенциальную возможность создания в будущем новых лекарств для управления слезопродукцией. Сами авторы подчеркивают, что при интерпретации такого огромного количества генетической информации нужно быть осторожным, поскольку существуют определенные технические трудности в ее получении.

Однако, несмотря на трудности, результаты данного исследования могут стать стимулом для дальнейшего изучения вопросов генного контроля выработки слезной жидкости. Практическое применение полученных знаний в виде разработки способов фармакологического изменения генного ответа в слезной железе на операционную травму может оказать существенное влияние на лечение послеоперационного синдрома сухого глаза.

По материалам http://www.websight.ru