Том 29 №4

Содержание

1. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ЗРЕНИЯ: ПОЛВЕКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2. ОПТОГЕНЕТИКА И ЗРЕНИЕ
3. СПЕЦИФИКА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ И БИОХИМИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ ВОЗБУЖДЕНИЯ И АДАПТАЦИИ КОЛБОЧЕК СЕТЧАТКИ
4. МОДЕЛЬ МЕХАНИЗМА РАСПОЗНАВАНИЯ ОРИЕНТАЦИИ 3-ПОЛОСНЫХ ДВУХГРАДАЦИОННЫХ ОПТОТИПОВ
5. СТРУКТУРНЫЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ АМБИВАЛЕНТНОГО (ВОДНО-ВОЗДУШНОГО) ЗРЕНИЯ У ВОДНЫХ МЛЕКОПИТАЮЩИХ
6. ИНДИВИДУАЛЬНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ КОРРЕКЦИИ НАРУШЕННОГО БИНОКУЛЯРНОГО ЗРЕНИЯ
7. ИЗМЕНЕНИЯ СОСУДИСТОЙ ОБОЛОЧКИ ГЛАЗА РАЗНОВОЗРАСТНЫХ ГРУПП ЯПОНСКОГО ПЕРЕПЕЛА COTURNIX JAPONICA В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СПЕКТРАЛЬНОГО СОСТАВА ОСВЕЩЕНИЯ

Представлен обзор современного состояния нового направления в физиологии зрения и офтальмологии, основанного на использовании методов оптогенетики. Оптогенетика – междисциплинарное направление, объединяющее генную инженерию, оптику и физиологию. Она позволяет при помощи светоактивируемого белка, ген которого доставляется и экспрессируется в определённой клетке сетчатки, регулировать светом (активировать или тормозить) её физиологическую активность. Оптогенетический подход исключительно перспективен как для фундаментальных исследований сетчатки (как это в настоящее время имеет место в отношении мозга), так и для протезирования дегенеративной сетчатки. Оптогенетическое протезирование основано на том, что потеря в ходе развития патологического процесса фоторецепторных клеток, как правило, не сопровождается потерей следующих за ними нервных клеток сетчатки и зрительных путей мозга. Поэтому придание при помощи методов оптогенетики сохранившемся нервным элементам сетчатки (биполярным или ганглиозным клеткам) светочувствительности может позволить в определённой мере восстановить зрительные функции дегенеративной сетчатки.

Ключевые слова: оптогенетика, сетчатка, протезирование сетчатки, канальный родопсин, дегенеративные заболевания сетчатки

Список литературы:

• Bi A., Cui J., Ma Y-P., Olshevskaya E., Pu M. Ectopic expression of a microbial-type rhodopsin restores visual responses in mice with photoreceptor degeneration // Neuron. 2006. V. 50. P. 23–33.
• Busskamp V., Roska B. Optogenetic approaches to restoring visual function in retinitis pigmentosa // Current Opin. Neurobiol. 2011. V. 21. P. 942–946.
• Chow B.Y., Chuong A.S., Klapoetke N.C., Boyden E.S. Synthetic physiology strategies for adapting tools from nature for genetically targeted control of fast biological processes // Methods Enzymol. 2011.V. 497. P. 425– 443.
• Curcio C.A., Medeiros N.E., Millican C.L. Photoreceptor loss in age-related macular degeneration // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 1996. V. 37. P. 1236–1249.
• da Cruz L., Coley B.F., Dorn J. The Argus II epiretinal prosthesis system allows letter and word reading and long-term function in patients with profound vision loss // Br. J. Ophthalmol. 2013. V. 97. P. 632–636.
• Francis P.J., Mansfield B., Rose S. Proceedings of the first International Optogenetic Therapies for Vision Symposium // Trans. Vis. Sci. Tech. 2013.
• Grote M., Engelhard M., Hegemann P. Of ion pumps, sensors and channels – Perspectives on microbial rhodopsins between science and history // Biochim. Biophys. Acta. 2014. V. 1837(5). P. 533–545.
• Han X., Chow B.Y., Zhou H. A high-light sensitivity optical neural silencer: development and application to optogenetic control of nonhuman primate cortex // Front. Syst. Neurosci. 2011. V. 5. P. 18–22.
• Hartong D.T., Berson E.L., Dryja T.P. Retinitis pigmentosa // Lancet. 2006. V. 368. P. 1795–1809.
• Hattar S., Liao H.W., Takao M., Berson D.M., Yau K.W.
• Melanopsin-containing retinal ganglion cell: architecture, projections, and intrinsic photosensitivity// Science. 2002. V. 295. P. 1065–1070.
• Jones B.W., Kondo M., Terasaki H., Lin Y., McCall M., Marc R.E. Retinal remodeling // Jpn. J. Ophthalmol. 2012. V. 56. P. 289–306.
• Lagali P.S., Balya D., Awatramani G.B., Munch T.A., Kim D.S. Light-activated channels targeted to ON bipolar cells restore visual function in retinal degeneration // Nature Neurosci. 2008. V. 11. P. 667–675.
• Lin B., Koizumi A., Tanaka N., Panda S., Masland R.H. Restoration of visual function in retinal degeneration mice by ectopic expression of melanopsin // Proc. Natl. Acad. Sci. U S A . 2008. V. 105. P. 16009–16014.
• Lin J.Y., Knutsen P.M., Muller A., Kleinfeld D., Tsien R.Y. ReaChR: a red-shifted variant of channelrhodopsin enables deep transcranial optogenetic excitation // Nature Neurosci. 2013. V. 16. P. 1499–1508.
• Lin Y., Jones B.W., Liu A. Retinoid receptors trigger neuritogenesis in retinal degenerations // FASEB J. 2012. V. 26. P. 81–92.
• Mancuso K., Hauswirth W.W., Li Q. Gene therapy for redgreen colour blindness in adult primates //Nature. 2009. V. 461. P. 784–787.
• Marc R.E., Jones B.W., Anderson J.R. Neural reprogramming in retinal degeneration // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2007. V. 48. P. 3364–3371.
• Mazzoni F., Novelli E., Strettoi E. Retinal ganglion cells survive and maintain normal dendritic morphology in a mouse model of inherited photoreceptor degeneration // J. Neurosci. 2008. V. 28. P. 14282–14292.
• Medeiros N.E., Curcio C.A. Preservation of ganglion cell layer neurons in age-related macular degeneration // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2001. V. 42. P. 795–803.
• Mutter M., Munch T.A. Strategies for Expanding the Operational Range of Channelrhodopsin in Optogenetic Vision. PLoS ONE. 2013. V. 8(11): e81278.
• Nakajima Y., Moriyama M., Hattori M., Minato N., Nakanishi S. Isolation of ON bipolar cell genes via hrGFP-coupled cell enrichment using the mGluR6 promoter // J. Biochem. 2009. V. 145. P. 811–818.
• Pan Z.H., Lu Q., Ganjawala T., Cheng J. AAV-mediated expression targeting of retinal rod bipolar cells with an optimized mGluR6 promoter // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci.2014a. V. 43.
• Pan Z.H., Ganjawala T.H., Lu Q., Ivanova E., Zhang Z. ChR2 mutants at LI32 and T159 with improved operational light sensitivity for vision restoration. PloS ONE 9. 2014b. e9892.
• Panda S. Multiple photopigments entrain the Mammalian circadian oscillator // Neuron. 2007. V. 53. P. 619– 621.
• Panda S., Sato T.K., Castrucci A.M. Melanopsin (Opn4) requirement for normal light-induced circadian phase shifting // Science. 2002. V. 298. P. 2213–2216.
• Polosukhin A., Litt J., Tochitsky I. Photochemical restoration of visual responses in blind mice // Neuron. 2012. V. 75. P. 271–282.
• Prigge M., Schneider F., Tsunoda S.P., Shilyansky C., Wietek J., Deisseroth K., Hegemann P. Color-tuned Channelrhodopsins for Multiwavelength Optogenetics // J. Biol. Chemistry. 2012. V. 287. N 38. P. 31804– 31812.
• Strettoi E., Pignatelli V. Modifications of retinal neurons in a mouse model of retinitis pigmentosa // Proc. Nat. Acad. Sci. U S A . 2000. V. 97. P. l1020–11025.
• van Wyk M., Pielecka-Fortuna J., Löwel S., Kleinlogel S. Restori
• Wietek J., Wiegert J.S., Adeishvili N., Schneider F., Watanabe H. Conversion of channelrhodopsin into a lightgated chloride channel // Science. 2014. V. 344. P. 409– 412.
• Wu C., Ivanova E., Zhang Y., Pan Z-H. rAAV-Mediated Subcellular Targeting of Optogenetic Tools in Retinal Ganglion Cells In Vivo. PLoS ONE 8(6). 2013.: e66332.
• Zhang Y., Ivanova E., Bi A., Pan Z-H. Ectopic expression of multiple microbial rhodopsins restores ON and OFF light responses in the retina after photoreceptor degeneration // J. Neurosci.2009. V. 29. P. 9186–9196.