חוקרים ב-Johns Hopkins Medicine זיהו כיצד מוטציה ספציפית בגן רודופסין גורמת לעיוורון לילה נייח מולד על ידי יצירת רעש חשמלי חריג המביא לחוסר רגישות לתאי הרשתית האחראים לראיית לילה. הממצאים שלהם עשויים להוביל לטיפולים ממוקדים במצב זה, אשר מעורר תמיהה על מדענים במשך 30 שנה. המחקר השתמש בטכניקות הקלטה מתקדמות כדי לנטר את השפעות המוטציה ברמה מיקרוסקופית בעכברים מהונדסים גנטית. קרדיט: twoday.co.il.com
מדענים של ג'ונס הופקינס זיהו כיצד מוטציית G90D בגן רודופסין גורמת לעיוורון לילה, ומציעה מטרות טיפוליות פוטנציאליות.
במה שהם מאמינים הוא פתרון לתעלומה ביולוגית של 30 שנה, מדעני מוח ב-Johns Hopkins Medicine אומרים שהם השתמשו בעכברים מהונדסים גנטית כדי לטפל באופן שבו מוטציה אחת בגן של החלבון חושת האור רודופסין גורמת לעיוורון לילה נייח מולד.
המצב, הקיים מלידה, גורם לראייה לקויה בתאורה נמוכה.
הממצאים, שפורסמו ב-14 במאי ב הליכים של האקדמיה הלאומית למדעיםלהדגים שהמוטציה בגן רודופסין, הנקראת G90D, מייצרת "רעש" חשמלי חריג ברקע המביא לחוסר רגישות למוטות העין, אותם תאים ברשתית בחלק האחורי של העין האחראים לראיית לילה, ובכך גורם לעיוורון לילה.
זיהוי הפעילות החשמלית החריגה עשוי "לספק יעדים עתידיים להתערבויות טיפוליות", כותבים מחברי המחקר.
אירועים חשמליים אלה יכולים לעזור למדענים להבין טוב יותר כיצד מתפקדים מוטות העין והקונוסים של העין, אומר קינג-וואי יאו, Ph.D., פרופסור במחלקה למדעי המוח בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת ג'ונס הופקינס.
מתודולוגיית מחקר ותצפיות
את המחקר הובילו יאו ועמית פוסט-דוקטורט Zuying Chai.
"מוטציית ה-G90D ברודופסין מפיקה רעשי רקע חשמליים כדי לבטל רגישות למוטות, אבל אופי ה'רעש' והמקור המולקולרי המדויק שלו לא נפתרו במשך כמעט 30 שנה", אומר יאו. "הצלחנו לעזור לפתור את המנגנון של מחלה זו עם מודל עכבר עם רמת ביטוי נמוכה מאוד של רודופסין G90D."
כאשר משווים את רמת הביטוי הנמוכה של G90D שנמצאה בעכברים מהונדסים גנטית לעומת רמת ה-G90D שנמצאה בחולים אנושיים עם עיוורון לילה זה, החוקרים הגיעו למסקנה שהפעילות החשמלית החריגה עם משרעת נמוכה אך בתדירות גבוהה במיוחד עשויה להיות התורם הגדול ביותר ל- מחלה אצל אנשים.
מלבד הרעש החשמלי החריג, ידוע כי רודופסין מייצר סוג נוסף של פעילות חשמלית הנקראת איזומריזציה תרמית ספונטנית, שבה האנרגיה התרמית בתוך מולקולת הרודופסין מפעילה את רודופסין לפעול באקראי. בניגוד לפעילות החשמלית החריגה שנצפתה, האיזומריזציה הספונטנית של רודופסין G90D הדגימה משרעת גבוהה אך תדירות נמוכה. בניסויים שלהם, החוקרים מצאו ששיעור האיזומריזציה הספונטני של רודופסין G90D גבוה בכפי מאתיים מהרודופסין הרגיל, אך השפעת הסתגלות המוט שלהם אינה גבוהה מספיק כדי לתרום משמעותית לעיוורון לילה בבני אדם.
קרדיט: מעבדת King-Wai Yau
ברוב הנסיבות, מוטות רגישים מאוד לאור, אך אצל אנשים עם עיוורון לילה, המוטות אינם יכולים לזהות במדויק שינויים באור, ואינם מצליחים לתפקד בחושך. אנשים עם מצב זה דורשים אור בהיר יותר כדי לראות בהגדרות של תאורה נמוכה, אמר יאו.
במשך עשרות שנים, למרות שהחוקרים ידעו על המוטציה G90D, הם התקשו לקבוע כיצד היא גורמת לעיוורון לילה מכיוון שדגמי עכברים קודמים עם מוטציה זו יצרו רמה גבוהה של רעשי רקע, וייצרו אפקטים דומים לאור רקע, אשר מוטות העכבר מסתגלים אליו במהירות. . זה הקשה על החוקרים למדוד במדויק את השפעות האיתות של המוטציה.
כדי לעקוף את הנושא הזה, החוקרים ב-Johns Hopkins Medicine שינו עכברים מהונדסים גנטית לביטוי נמוך של G90D, רמה השווה ל-.1% מהרודופסין הרגיל שנמצא באוכלוסיית העכברים הטבעית.
זה איפשר לחוקרים להבחין בין סוגים שונים של פעילות שנוצרו בעכברים עם מוטציית G90D כאילו נוכח מעט אור רקע שווה ערך.
המדענים השתמשו בשיטה ברזולוציה גבוהה כדי לתעד את הפעילות החשמלית במוטות בודדים ברשתית העכבר, שאליהם הם ניגשו באמצעות פיפטת זכוכית זעירה במיוחד – ברוחב של כשבעים מגודל שערה אנושית – מלאה במי מלח פתרון המסוגל להוליך חשמל.
טכניקות מתקדמות במחקר נוירו-מדעי
"אתה באמת יכול לראות את האירועים האלה", אומר יאו. "השתמשנו בטכניקה מאוד מיוחדת שנקראת רישום פיפטות יניקה כדי לתעד את הפעילות ברזולוציה כה גבוהה, שאם מולקולת רודופסין אחת מתיזומרזת, או מופעלת, נוכל לראות אותה, כי היא גורמת לשינוי בזרם החשמלי".
G90D היא אחת מארבע מוטציות של רודופסין הקשורות לעיוורון לילה. המחבר הראשון צ'אי אומר שהשלבים הבאים הם לזהות כיצד מוטציות אחרות של רודופסין, T94I, A292E ו-A295V, מובילות למצב זה.
"המנגנון שגורם לעיוורון לילה G90D יכול להיות דומה בשלוש מוטציות הרודופסין האחרות שגורמות למצב זה", אומר צ'אי.
מדענים נוספים שתרמו למחקר כוללים את יאקינג יה, דניאל סילברמן ורנדל ריד מג'ונס הופקינס, וקייסי רוז, אלאנה מדורה וג'ני צ'ן מאוניברסיטת דרום קליפורניה. המימון למחקר ניתן על ידי ה המכונים הלאומיים לבריאות הענק EY006837, פרס António Champalimaud Vision, פורטוגל, ליבת הדמיה רב-פוטונית בג'ונס הופקינס, פרס Daniel Nathans Scientific Innovator מבית הספר לרפואה של אוניברסיטת ג'ונס הופקינס, ופרס Beckman-Argyros Vision מקרן ארנולד ומייבל בקמן.
