Черепно-мозговая травма (ЧМТ) — это внезапная травма, которая вызывает повреждение нейронов головного мозга. При тяжелых формах ЧМТ, таких как вызванные автомобильными авариями или спортивными столкновениями и взрывными травмами в результате взрыва, механические силы могут нарушить клеточную архитектуру, что приведет к воспалению, окислительному стрессу, эксайтотоксичности и, в конечном итоге, к гибели нейронов.
Сетчатка, наиболее доступная часть центральной нервной системы (ЦНС), послужила моделью системы ЧМТ для изучения молекулярных механизмов, лежащих в основе эксайтотоксичности, и разработки стратегий терапевтического вмешательства 3,4,5. Наиболее подходящими моделями сетчатки для исследований ЧМТ являются модель сдавливания зрительного нерва и индуцированная N-метил-D-аспарагиновой кислотой (NMDA) эксайтотоксичность сетчатки. В модели сетчатки, индуцированной NMDA-индуцированной эксайтотоксичностью, ганглиозные клетки сетчатки (РГК) были идентифицированы как наиболее восприимчивый тип нейронов сетчатки, поскольку РГК используют глутамат в качестве основного возбуждающего нейромедиатора и различные типы глутамат-рецепторов, включая рецепторы AMPA (AMPARs), рецепторы KAPA (KAPARs) и рецепторы NMDA, для запуска аксонного потенциала6. В дополнение к РГК, другие клетки сетчатки и нейронные сети также могут быть затронуты NMDA-лечением 7,8,9. Внутристекловидное введение NMDA вызывает длительное открытие NMDA-рецептора, что приводит к избыточному притоку кальция в клетки, вызывая сверхвозбуждающую активность нейронов и дисбаланс гомеостаза кальция 10,11,12,13.
NMDA-рецептор представляет собой гетеромерный комплекс, состоящий из трех субъединиц: GluN1, GluN2 и GluN3 14,15,16,17,18. GluN1, кодируемый Grin1, содержит восемь изоформ у мышей из-за альтернативного сплайсинга Grin1. Существует четыре различные субъединицы GluN2 (a-d), которые кодируются четырьмя отдельными генами: Grin2a-2d. Существуют две различные субъединицы GluN3 (a и b), которые кодируются Grin3a и 3b. Согласно данным scRNA-seq19,20, Grin1 высоко экспрессируется в большинстве подтипов RGC (рисунок 1A), а также в нескольких подтипах амакриновых клеток (AC) со слабым или умеренным уровнем экспрессии (рисунок 1B). Grin2a обогащен меньшим количеством подтипов RGC и AC, в то время как Grin2b экспрессируется умеренно в большинстве подтипов RGC и многих подтипах AC (рис. 1A, B). Уровни экспрессии Grin2c, Grin2d и Grin3b в РГК и АК крайне низки (рис. 1A, B). Экспрессия Grin3a может наблюдаться в нескольких подтипах RGC и слабо в некоторых AC (рис. 1A, B). В дополнение к роли NMDA-рецепторов, эксайтотоксичность, вызванная притоком кальция через кальциевые проницаемые AMPAR, была описана в нескольких моделях заболеваний21. Экспрессия субъединиц NMDA-рецепторов может дать ключ к пониманию того, почему индуцированная NMDA эксайтотоксичность нацелена в основном на RGC, а также на ACs 9,10,14,22,23.
Традиционные методы оценки общих NMDA-индуцированных фенотипов сетчатки включают окрашивание гематоксилином и эозином (H&E) для выявления гистологических аномалий, анализ TUNEL на гибель клеток и иммунофлуоресцентное (ИФ) окрашивание с использованием биомаркера, специфичного для клеточного типа 8,10,24,25,26 . На клеточном уровне методы конфокальной визуализации и наполнения красителями использовались для исследования последовательности событий в умирающих РГК в NMDA-индуцированной модели сетчатки. Эти методы предоставили ценную информацию о субклеточных компартментах умирающих РГК и позволили идентифицировать типы устойчивых РГК, которые выживают при NMDA-инсульте27,28.
В данной работе мы используем окрашивание генетически активированной щелочной фосфатазой (АФ) для исследования анатомических особенностей и фенотипов нейронов сетчатки мышей в условиях NMDA-индуцированной эксайтотоксичности 29,30,31. Обоснование выбора этого метода обусловлено его простотой, экономичностью и способностью получить всесторонний обзор анатомических особенностей подтипов нейронов по всей сетчатке, что делает его хорошо подходящим для общих оценок и крупномасштабных сравнительных анализов. Этот подход позволяет по-новому взглянуть на то, как различные, генетически маркированные нейроны сетчатки реагируют на NMDA как на валовом, так и на субклеточном уровнях. Мы ожидаем, что эта стратегия будет широко применима для оценки морфологических изменений в различных моделях заболеваний, которые влияют на архитектуру нейронов и синаптическую организацию 4,26,32,33.