Что такое регенерация сетчатки

Один из важных и интересных вопросов в области патофизиологии зрения — почему у некоторых животных способность к регенерации сетчатки после ее травмы сохранилась, а у человека такая способность отсутствует? Способность к регенерации сетчатки, то есть к ее полному функциональному восстановлению, давно изучается на различных видах животных, как-то: рыбки данио-рерио (zebrafish), шпорцевые лягушки и тритоны. После повреждения сетчатка у этих животных полностью восстанавливается и структурно, и функционально. А если у человека в сетчатке реализуется какой-то воспалительный процесс, он, как правило, заканчивается процессами глиоза, то есть пролиферации и фиброза глиальной ткани.

Если рассматривать в качестве иллюстрации конкретное заболевание, например пролиферативную витреоретинопатию, то конечные этапы воспалительной реакции у человека завершаются формированием соединительнотканного рубца над сетчаткой, вследствие чего она не может нормально функционировать. Соединительнотканный рубец содержит в своем составе сократительные элементы, клетки, миофибробласты, которые сокращаются, и сетчатка формирует складки и отслаивается еще больше, чем было до этого. Из-за этого человек теряет зрение. Поэтому интересно понимать, почему в результате эволюции у человека регенерация отсутствует и сетчатку невозможно функционально вернуть к работе, а у некоторых животных это по-прежнему существует.

Рекомендуем по этой теме:

Существуют различные клетки сетчатки, которые потенциально способны к дедифференциации и образованию уже функционирующих клеток, то есть нейронов, осуществляющих как первичное восприятие зрительной информации, так и первичную обработку на уровне сетчатки. Во-первых, существует цилиарная маргинальная зона, цилиарная краевая зона, которая содержит пул стволовых клеток сетчатки. Она имеется в наличии у рыбок данио-рерио, шпорцевых лягушек, тритонов. Это стволовые клетки, аналогичные нейральным стволовым клеткам, нейрональным стволовым клеткам. И из этих стволовых клеток возможно образование практически всех элементов сетчатки, которые присутствуют в целостной сетчатке с ее жесткой архитектоникой и четкой упорядоченностью. К сожалению, цилиарная маргинальная зона не выражена у млекопитающих, она практически отсутствует у человека, и ее невозможно использовать в качестве источника элементов сетчатки при ее регенерации.

Есть потенциально стволовые клетки сетчатки. Ими являются клетки пигментного эпителия сетчатки, которые прилегают к хориоидее — сосудистой оболочке. Это наружный слой сетчатки, который находится ближе к головному мозгу. Макроглиальные клетки — это клетки Мюллера. Они тоже являются потенциально стволовыми клетками сетчатки. У перечисленных организмов — рыб данио-рерио, шпорцевых лягушек, тритонов — именно эти клетки пигментного эпителия сетчатки и клетки Мюллера, а также клетки цилиарной маргинальной зоны выполняют функцию восстановления сетчатки при ее повреждении.

У одних организмов в процессе регенерации сетчатки в большей степени задействованы клетки пигментного эпителия сетчатки, у других организмов — клетки Мюллера, а у третьих — клетки цилиарной маргинальной зоны. Тем не менее сетчатка после травмы может полностью восстанавливаться. Если у рыбок данио-рерио удалить центральную часть сетчатки или даже половину, она полностью восстановится, в том числе и функционально. Это удивительная вещь, которая на человека не распространяется.

В последнее время тщательно изучался этот вопрос, и большое внимание в силу развития молекулярно-биологических методов уделяется различным транскрипционным факторам. Манипуляции осуществляются на уровне экспрессии генов, на уровне транскриптомики. Были выделены транскрипционные факторы, которые у животных, способных к регенерации сетчатки, функционируют полноценно, а у млекопитающих и человека находятся в молчащем состоянии.

Пристальное внимание последнее время уделяется таким загадочным клеткам сетчатки, как клетки Мюллера, которые пронизывают практически всю сетчатку насквозь. Они большие и выполняют много различных функций, важных для нормального функционирования сетчатки. Не очень очевидная сторона — это потенциальные стволовые клетки сетчатки, клетки Мюллера как потенциально стволовые клетки сетчатки.

Не так давно были опубликованы результаты экспериментов, проводимых на мышах. Существует особый пронейрональный транскрипционный фактор, который у мышей, млекопитающих и человека в норме находится в молчащем состоянии, то есть неактивен. А у рыбок данио-рерио он находится в активном состоянии, при повреждении сетчатки он позволяет клеткам Мюллера дедифференцироваться, давать практически все возможные типы нейронов сетчатки: фоторецепторы, биполярные клетки, амакриновые клетки, которые обрабатывают первичную зрительную информацию на уровне сетчатки.

Рекомендуем по этой теме:

Этот пронейрональный транскрипционный фактор в клетках Мюллера удалось активировать, когда у мышей искусственно травмировали сетчатку, вносили повреждения. Клетки Мюллера подвергались дедифференциации и формировали пулы функционально активных нейронов в сетчатке. К сожалению, не получилось до конца восстановить сетчатку, и клетки Мюллера давали исключительно биполярные клетки. Никакие другие типы нейронов в результате своей дедифференцировки они больше не давали.

Возникает вопрос: что еще может влиять на регенераторный потенциал сетчатки у млекопитающих? Дело не только в одном транскрипционном факторе, хотя эти регуляторные механизмы на уровне клеток сейчас активно изучаются и многие исследователи этим занимаются. Нельзя говорить о том, что речь может идти о каких-то отдельных, индивидуальных транскрипционных факторах. Сетчатка — это сложно устроенная ткань, речь идет о большом количестве различных регуляторных факторах как на клеточном уровне, так и на тканевом уровне. Это очень большая, сложная система. Изучать ее нужно комплексно, не заострять свое внимание только на генетическом аппарате клетки и ее транскрипционных факторах.

Но, как и бывает в биологии, сведения накапливаются постепенно, поэтому единая концепция может вызревать позднее. Через 10–15 лет мы больше узнаем о факторах транскрипционных и о макрофакторах, которые регулируют воспалительные процессы уже на уровне ткани. Поймем, как это все совместно работает и как нам сделать так, чтобы заставить клетки Мюллера у человека регенерировать.

Почему в процессе эволюции так произошло, что некоторые организмы сохранили способность к регенерации сетчатки, а некоторые организмы утратили ее? В настоящее время рассматривают концепцию, заключающуюся в том, что существует два подхода к восстановлению сетчатки. Первая концепция — регенераторная, когда сетчатка полностью функционально восстанавливается из стволовых клеток и из аналогов стволовых клеток сетчатки. Это еще называется непролиферативный глиоз, то есть глиальные клетки, к которым клетки Мюллера тоже относятся, активируются на фоне развития местной воспалительной реакции. Но эта активация глиальных клеток приводит к дедифференциации клеток Мюллера и к тому, что сетчатка из этих клеток Мюллера может восстанавливаться.

А у человека и млекопитающих эволюция пошла по другому пути, и реализуется стратегия нейропротекции. Она хороша на коротких сроках, то есть тактически это хорошая стратегия, а вот стратегически — неудачная. Эта стратегия называется пролиферативным глиозом. С ее помощью реализуется замещение функциональных нейронов, которые осуществляют обработку зрительной информации в сетчатке, глиальной тканью — это и называется глиозом. То есть глия пролиферирует, и формируется глиозный рубец, который замещает область погибших нейронов. Эта стратегия реализуется не только для сетчатки, но для всей нервной ткани и головного мозга в том числе.

Помимо глиоза, над сетчаткой, под сетчаткой или внутри сетчатки образуются фиброзно-клеточные мембраны. Замещение происходит не только глиальными клетками, но и соединительной тканью. Если рассматривать регуляторные процессы, вырабатывается большое количество нейротрофических факторов. Это, например, мозговой нейротрофический фактор BDNF, фактор роста нервов NGF. Это различные нейротрофины — третий и четвертый. Благодаря воздействию нейротрофических факторов наши нейроны какое-то время могут просуществовать как можно дольше. Они обеспечивают сохранность нейронов на коротком промежутке времени. Однако в дальнейшем все заканчивается развитием тотального глиоза — замещением глиальными клетками и формированием соединительнотканных мембран. Такая стратегия реализуется у человека.

Рекомендуем по этой теме:

8 мая 2019, 01:05

Арсений Скрынников

• © Getty Images

Исследователи из Бейлорского медицинского колледжа (США) обнаружили механизм, который мешает восстановлению клеток сетчатки. Совместно с учёными из Института сердечно-сосудистых исследований и Института сердца штата Техас им удалось частично решить эту задачу и восстановить несколько клеток, сообщается в статье журнала Cell Reports.

Повреждение внутренней оболочки глаза часто приводит к полной слепоте у людей и млекопитающих. Механизм, блокирующий размножение клеток сетчатки, был ранее неизвестен. В поисках средства, способного восстанавливать зрение, учёные обратили внимание на рыбок из рода данио.

«Некоторые животные, такие как рыбки данио-рерио, могут вернуть себе зрение благодаря особым клеткам — глиальным клеткам Мюллера. Когда сетчатка повреждена, они начинают делиться, заполняют собой потерянные участки и восстанавливают её нейронную сеть», — утверждает главный автор исследования, доцент кафедры молекулярной физиологии и биофизики Онкологического центра в Бейлоре Росс Поче.

В результате исследований учёные выяснили, что у млекопитающих тоже есть естественный механизм регенерации, подобный существующему у данио. Но его работу подавляет «сигнальный путь бегемота» — последовательность молекул, которая отвечает за передачу информации внутри клетки и контролирует размеры органов у животных. Своё название она получила из-за известной учёным генной мутации, которая приводит к чрезмерному разрастанию тканей, похожих на складки гиппопотама.

Лаборатория доктора Поче объединила усилия с техасскими кардиологами, специализирующимися на регенерации тканей после инфаркта. Исследователи решили изменить «бегемотовый блокиратор» таким образом, чтобы тот не мешал клеткам восстанавливаться. Учёные внесли изменения в его молекулярную последовательность и добились промежуточного успеха — естественный механизм защиты «сломался». Глиальные клетки Мюллера продолжили размножаться в лабораторных условиях и продемонстрировали свойства, необходимые для восстановления сетчатки.

Исследователи уверены, что смогут усилить полученный эффект, чтобы научиться полностью восстанавливать зрение.

«До этого дня учёные не знали, какой внутренний механизм блокирования мешал клеткам Мюллера. Нашим следующим шагом станет поиск пути управляемого размножения этих клеток в сетчатке для её полной регенерации», — утверждает доктор Поче.

Ошибка в тексте? Выделите её и нажмите «Ctrl + Enter»

Добавьте RT в список ваших источников