Abordări optogenetice pentru restaurarea viziunii Revizuirea anuală a științei viziunii

Revizuirea anuală a științei viziunii

viziunii

Zhuo-Hua Pan, 1,2 Qi Lu, 2 Anding Bi, 1 Alexander M. Dizhoor, 3 și Gary W. Abrams 1

Abstract

Pierderea severă a celulelor fotoreceptoare în bolile degenerative retiniene moștenite sau dobândite poate duce la pierderea parțială a vederii sau la orbire completă. Strategia optogenetică pentru restaurarea vederii utilizează instrumente optogenetice pentru a converti neuronii retinieni interni supraviețuitori în celule fotosensibile; astfel, sensibilitatea la lumină este conferită retinei după moartea celulelor fotoreceptoare. Studiile de dovadă a conceptului, în special cele care utilizează rodopsine microbiene, au demonstrat restaurarea răspunsurilor la lumină în neuronii retinieni supraviețuitori și comportamente ghidate vizual în modele animale. De asemenea, s-au înregistrat progrese semnificative în îmbunătățirea instrumentelor optogenetice pe bază de rodopsină microbiană, în dezvoltarea livrării genelor mediate de virus și în direcționarea neuronilor retinieni specifici și a compartimentelor subcelulare ale celulelor ganglionare ale retinei. În acest articol, revizuim starea actuală a câmpului și prezentăm direcții și provocări suplimentare pentru avansarea acestei strategii către aplicarea clinică și îmbunătățirea rezultatelor viziunii restaurate.

Cuvinte cheie

  • tabelul 1 -Un rezumat al studiilor reprezentative folosind diferite abordări optogenetice
  • masa 2 -O comparație între avantajele și dezavantajele abordărilor explorate în prezent pentru restabilirea vederii

figura 1 Instrumente optogenetice: (A) melanopsină, () canalrodopsine, (c) pompe cu clorură interioară acționate de lumină și (d) pompe de protoni orientate spre lumină. Diagrama cascadei de semnal în aval a melanopsinei este adaptată din Hatori & Panda (2010), cu permisiunea. Abrevieri: DAG, diacilglicerol; IP3, inozitol trisfosfat; PLC-β, fosfolipază C - β; PIP2, fosfatidil inozitol 4,5-bisfosfat; TRP, canale potențiale de receptor tranzitorii.

Figura Locații

Figura 2 (A) Căi de procesare vizuală paralelă în retină, incluzând ilustrarea tijei/conului, a căilor ON/OFF și a câmpurilor receptive antagoniste centrale ale celulelor ganglionare retiniene. Celulele ON, inclusiv celulele bipolare cu tije și celulele amacrine AII, sunt afișate în tonuri de gri, iar celulele OFF sunt afișate în negru. Celulele orizontale și alte celule amacrine sunt prezentate în albastru. Regiunile ON și OFF ale câmpului receptiv pentru celulele ganglionare sunt indicate prin + și respectiv -. () Multiple abordări posibile de țintire optogenetică pentru restabilirea vederii în retina degenerată a fotoreceptorului. Celulele ON ar putea fi vizate cu instrumente optogenetice depolarizante (ușoară și verde inchis), în timp ce celulele OFF ar putea fi vizate cu instrumente optogenetice hiperpolarizante (roșu). Câmpurile receptive central-înconjurătoare ale celulelor ganglionare ale retinei ar putea fi create prin direcționarea diferențială a depolarizării (verde) și hiperpolarizant (roșu) instrumente optogenetice cu motive subcelulare. Motivarea direcționării ar putea reduce, de asemenea, expresia în axoni. Abrevieri: AC, celule amacrine; Celule amacrine AII, AII; BC, celule bipolare; GC, celule ganglionare; HC, celule orizontale; RBC, genul celulelor bipolare.