Kalıtsal retinal dejenerasyon (RD), ilerleyici fotoreseptör hücre ölümü ile karakterizedir ve çok çeşitli patojenik genlerdeki mutasyonlardan kaynaklanır1. RD'nin nihai sonucu görme kaybıdır ve vakaların büyük çoğunluğunda hastalık bu güne kadar tedavi edilemez olmaya devam etmektedir. Bu nedenle, fotoreseptör ölümüne yol açan hücresel mekanizmaları, insan hastalık durumunu sadık bir şekilde temsil eden modelleri kullanarak incelemek önemlidir. Burada, primat bazlı modeller, insanlara olan yakınlıkları nedeniyle özellikle ilgi çekicidir. Özellikle, bu tür modeller fotoreseptör hücre ölümünü durdurabilecek veya geciktirebilecek uygun terapötik müdahalelerin geliştirilmesini ilerletebilir.
RD'de hücre ölümü mekanizmaları üzerine yapılan önceki araştırmalar, RD'yi tetikleyen gen mutasyonlarının neden olduğu fosfodiesteraz 6 (PDE6) aktivitesinin azalmasının veya kaybının, siklik guanozin monofosfatın (cGMP) hidrolizinin azalmasına yol açtığını göstermiştir2,3. cGMP, çubuk dış segmentlerindeki (ROS'lar) siklik nükleotid kapılı iyon kanallarının (CNGC'ler) spesifik bir agonistidir ve aynı zamanda omurgalı fotoreseptör hücrelerinde ışık sinyallerinin elektrik sinyallerine dönüştürülmesinden sorumlu anahtar bir moleküldür4. Azaltılmış cGMP hidrolizi, ROS'larda cGMP birikimine neden olur ve CNGC'lerin açılmasına neden olur 5. Sonuç olarak, fototransdüksiyon yolları aktive edilir ve fotoreseptör hücrelerde katyon konsantrasyonlarında bir artışa neden olur. Bu süreç, fotoreseptörlere, örneğin PDE6'daki mutasyonlar tarafından aşırı aktive edildiğinde hücre ölümüne neden olabilecek metabolik bir yük getirir.
Birçok çalışma, farklı RD gen mutasyonlarına sahip fare modellerinin fotoreseptörlerinde önemli miktarda cGMP aşırı birikiminin, cGMP'ye bağımlı protein kinazının (PKG) aktivasyonuna neden olabileceğini göstermiştir3,6. Bu, ölme, TUNEL-pozitif hücrelerde önemli bir artışa ve fotoreseptör hücre tabakasının kademeli olarak incelmesine yol açar. Önceki çalışmalar, yüksek cGMP seviyelerinin neden olduğu PKG aşırı aktivasyonunun, fotoreseptör hücre ölümünün indüksiyonu için gerekli ve yeterli bir koşul olduğunu göstermektedir 2,5. RD'nin farklı fare modelleri üzerinde yapılan çalışmalar, fotoreseptörlerde yüksek cGMP seviyeleri tarafından indüklenen PKG aktivasyonunun, poli-ADP-riboz polimeraz 1 (PARP1), histon deasetilaz (HDAC) ve calpain 2,7,8,9 gibi aşağı akış efektörlerinin aşırı aktivasyonuna yol açtığını göstermiştir. Bu, bu farklı hedef proteinler ile fotoreseptör hücre ölümü arasındaki nedensel ilişkileri ima eder.
Bununla birlikte, RD'nin patolojisi, toksikofarmakolojisi ve tedavisi ile ilgili önceki araştırmalar esas olarak RD10,11,12 için fare modellerine dayanıyordu. Bununla birlikte, bu sonuçların klinik çevirisinde büyük zorluklar devam etmektedir. Bu, fareler ve insanlar arasındaki, özellikle retinal yapı ile ilgili önemli genetik ve fizyolojik farklılıklardan kaynaklanmaktadır. Buna karşılık, insan olmayan primatlar (NHP'ler) ayrıca genetik özellikler, fizyolojik kalıplar ve çevresel faktör düzenlemesi açısından insanlarla yüksek derecede benzerlik göstermektedir. Örneğin, optogenetik tedavi, bir NHP model13'te retinal aktiviteyi geri kazanmanın bir yolu olarak araştırılmıştır. Lingam ve meslektaşları, iyi üretim uygulaması sınıfı insan kaynaklı pluripotent kök hücre kaynaklı retinal fotoreseptör öncü hücrelerinin NHP14'te koni fotoreseptör hasarını kurtarabileceğini göstermiştir. Bu nedenle NHP modelleri, RD patogenezinin araştırılması ve etkin tedavi yöntemlerinin geliştirilmesi açısından önemlidir. Özellikle, insanlardakine benzer patojenik mekanizmalar sergileyen RD'nin NHP modelleri, yeni ilaçların geliştirilmesi ve in vivo toksikofarmakoloji analizi ile ilgili çalışmalarda kritik bir rol oynayabilir.
Uzun yaşam döngüsü, yüksek düzeyde teknik zorluklar ve in vivo primat modellerinin oluşturulmasında yer alan yüksek maliyet göz önüne alındığında, ekzode makak retina kültürlerini kullanarak in vitro insan dışı primat (NHP) modeli oluşturduk. İlk olarak, retina-RPE-koroid kompleksini içeren retinal eksplantların in vitro kültürü için 1-3 yaş arası vahşi tip makaklar seçildi. Eksplantlar daha sonra cGMP-PKG sinyal yolunu indüklemek için farklı konsantrasyonlarda PDE6 inhibitörü zaprinast (100 μM, 200 μM ve 400 μM) ile muamele edildi. Fotoreseptör hücre ölümü TUNEL testi kullanılarak ölçüldü ve analiz edildi ve eksplantlarda cGMP birikimi immünofloresan yoluyla doğrulandı. Maymunlar ve insanlar arasındaki hücre dağılımı ve morfolojisi, retina tabakası kalınlığı ve retinanın diğer fizyolojik özellikleri açısından yüksek derecede benzerlik göz önüne alındığında, in vitro retinal modelde cGMP-PKG sinyal yolunun kurulması, RD'nin patogenezi üzerine gelecekteki araştırmaları ve RD tedavisi için yeni ilaçların geliştirilmesi ve toksikofarmakolojisine yönelik çalışmaları kolaylaştırabilir.