Dziedziczne zwyrodnienie siatkówki (RD) charakteryzuje się postępującą śmiercią komórki fotoreceptorowej i jest spowodowane mutacjami w wielu różnych genach chorobotwórczych1. Końcowym skutkiem RD jest utrata wzroku i w zdecydowanej większości przypadków choroba pozostaje nieuleczalna do dziś. Dlatego ważne jest, aby badać mechanizmy komórkowe prowadzące do śmierci fotoreceptorów przy użyciu modeli, które wiernie odwzorowują stan chorobowy człowieka. W tym przypadku szczególnie interesujące są modele oparte na naczelnych ze względu na ich bliskość do ludzi. Warto zauważyć, że takie modele mogą przyczynić się do opracowania odpowiednich interwencji terapeutycznych, które mogą zatrzymać lub opóźnić śmierć komórek fotoreceptorowych.
Poprzednie badania nad mechanizmami śmierci komórek w RD wykazały, że spadek lub utrata aktywności fosfodiesterazy 6 (PDE6) spowodowana mutacjami genu wyzwalającego RD prowadzi do zmniejszonej hydrolizy cyklicznego monofosforanu guanozyny (cGMP)2,3. cGMP jest specyficznym agonistą cyklicznych kanałów jonowych bramkowanych nukleotydami (CNGC) w zewnętrznych segmentach pręcików (ROS), a także jest kluczową cząsteczką odpowiedzialną za Konwersja sygnałów świetlnych na sygnały elektryczne w komórkach fotoreceptorów kręgowców4. Zmniejszona hydroliza cGMP powoduje akumulację cGMP w ROS, co prowadzi do otwarcia CNGC 5. W konsekwencji aktywowane są szlaki fototransdukcji, co powoduje wzrost stężeń kationów w komórkach fotoreceptorów. Proces ten nakłada obciążenie metaboliczne na fotoreceptory, które nadaktywowane, na przykład przez mutacje PDE6, mogą powodować śmierć komórki.
Wiele badań wykazało, że znaczne nadmierne nagromadzenie cGMP w fotoreceptorach modeli myszy z różnymi mutacjami genu RD może spowodować aktywację kinazy białkowej zależnej od cGMP (PKG)3,6. Prowadzi to do znacznego wzrostu liczby umierających, TUNEL-dodatnich komórek i stopniowego ścieńczenia warstwy komórek fotoreceptorowych. Wcześniejsze badania sugerują, że nadaktywacja PKG spowodowana podwyższonym poziomem cGMP jest koniecznym i wystarczającym warunkiem do indukcji śmierci komórki fotoreceptora2,5. Badania na różnych mysich modelach RD wykazały również, że aktywacja PKG indukowana podwyższonym poziomem cGMP w fotoreceptorach prowadzi do nadmiernej aktywacji dalszych efektorów, takich jak polimeraza poli-ADP-rybozy 1 (PARP1), deacetylaza histonowa (HDAC) i kalpaina2,7,8,9. Implikuje to związki przyczynowo-skutkowe między tymi różnymi białkami docelowymi a śmiercią komórki fotoreceptorowej.
Jednak poprzednie badania nad patologią, toksykofarmakologią i terapią RD opierały się głównie na mysich modelach dla RD10,11,12. Niemniej jednak nadal istnieją ogromne trudności w klinicznym przełożeniu tych wyników. Wynika to ze znacznych różnic genetycznych i fizjologicznych między myszami a ludźmi, zwłaszcza w odniesieniu do budowy siatkówki. W przeciwieństwie do tego, naczelne inne niż ludzie (NHP) mają również wysoki stopień podobieństwa do ludzi pod względem cech genetycznych, wzorców fizjologicznych i regulacji czynników środowiskowych. Na przykład terapia optogenetyczna była badana jako sposób na przywrócenie aktywności siatkówki w modelu NHP13. Lingam i współpracownicy wykazali, że indukowane przez człowieka pluripotencjalne komórki prekursorowe fotoreceptorów siatkówki pochodzące z ludzkich pluripotencjalnych komórek macierzystych mogą uratować uszkodzenie fotoreceptorów stożków w NHP14. Dlatego modele NHP są ważne dla badania patogenezy RD i opracowywania skutecznych metod leczenia. W szczególności modele NHP RD, wykazujące mechanizmy chorobotwórcze podobne do tych u ludzi, mogą odegrać kluczową rolę w badaniach nad opracowywaniem i analizą toksykofarmakologiczną in vivo nowych leków.
Ze względu na długi cykl życia, wysoki poziom trudności technicznych i wysokie koszty związane z tworzeniem modeli naczelnych in vivo, stworzyliśmy model in vitro naczelnych (NHP) przy użyciu kultur eksplantowanej siatkówki makaka. Najpierw wyselekcjonowano makaki typu dzikiego w wieku 1-3 lat do hodowli in vitro eksplantatów siatkówki, które obejmowały kompleks siatkówka-RPE-naczyniówka. Eksplantaty poddano następnie działaniu zaprynastu o różnych stężeniach inhibitora PDE6 (100 μM, 200 μM i 400 μM) w celu indukowania szlaku sygnałowego cGMP-PKG. Śmierć komórki fotoreceptorów określono ilościowo i przeanalizowano za pomocą testu TUNEL, a akumulację cGMP w eksplantatach zweryfikowano za pomocą immunofluorescencji. Biorąc pod uwagę wysoki stopień podobieństwa w odniesieniu do rozmieszczenia i morfologii komórek, grubości warstwy siatkówki i innych cech fizjologicznych siatkówki między małpami a ludźmi, ustanowienie szlaku sygnałowego cGMP-PKG w modelu siatkówki in vitro może ułatwić przyszłe badania nad patogenezą RD, a także badania nad rozwojem i toksykofarmakologią nowych leków do leczenia RD.