Примерно от 2 до 3 процентов детей страдают косоглазием, которое более широко известно как "ленивый глаз" или "косоглазие." Считается, что большинство случаев связано как с генетическими факторами, так и с факторами окружающей среды. Знание генетических причин косоглазия очень важно, так как это поможет оценить риск развития этого состояния и увеличит шансы начать раннее лечение для предотвращения нарушения движения глаз.
Основным препятствием к раскрытию генетических причин косоглазия было физическое ограничение наблюдения за связями между мозгом и глазными мышцами. Они состоят из длинных кабелей, называемых "аксоны" которые распространяются из клеток мозга глубоко внутри головы на очень ранней стадии развития. Поэтому трудно наблюдать тонкую архитектуру связей между мозгом и мышцами глаза на клеточном уровне и анализировать, как на них могут повлиять мутации генов.
Чтобы преодолеть эту трудность, исследователи из Национального института генетики в Японии выбрали в качестве экспериментальной модели рыбок данио. Личинки рыбок данио в процессе развития почти прозрачны, поэтому исследователи надеялись, что с помощью генной инженерии им удастся сделать видимыми связи между мозгом и глазами. Используя свои собственные оригинальные методы, команда успешно создала рыбок данио, в которых определенная группа клеток мозга, которая посылает сигналы для движения глаз наружу, называемые двигательными нейронами отводящего звена, а также целевые глазные мышцы излучают флуоресцентный свет разного цвета, хорошо видимый через развивающиеся клетки. прозрачная голова рыбы.
Эти особые рыбки данио оказались полезными, позволив команде продвинуться в раскрытии генетического механизма косоглазия. Команда продемонстрировала, что двигательные нейроны abducens развились ненормально, когда мутировал ген, называемый протокадгерин 17 (pcdh17). Этот ген кодирует продукцию белка Pcdh17, который расположен на клеточной поверхности отводящих мотонейронов. Когда аномальный белок Pcdh17 продуцируется из измененного гена pcdh17 и располагается на поверхности клетки, нейроны не располагаются должным образом в головном мозге, а аксоны, которые они протягивают, не могут достичь целевой глазной мышцы. Во многих случаях эти поврежденные нейроны сгущались вместе, образуя плотно упакованные клеточные агрегаты. Эти результаты предполагают, что отводящий мотонейрон использует силы отталкивания, чтобы правильно позиционировать себя в головном мозге и правильно удлинять аксон до целевой мышцы, и что эти силы опосредуются молекулами белка Pcdh17 на его поверхности, взаимодействующими с самим собой и / или другими нейронами. вокруг него. Это исследование было опубликовано в Cell Reports 7 августа.
Доктор. Асакава, который руководил этим исследовательским проектом, говорит:, "Pcdh17 создает умеренную силу отталкивания между отводящими двигательными нейронами, предположительно позволяя им вести себя как жидкость, образующая поток и текущая в мышцу. Без них нейроны просто замерзают, как лед. Поскольку белок Pcdh17 также присутствует у людей, он, вероятно, играет аналогичную роль в нашем организме для развития нормального движения глаз. Более того, учитывая, что многие типы нейронов головного мозга, соединяющиеся с мышцами головы, покрыты различными типами белков, которые похожи на Pcdh17 на своей клеточной поверхности, генетические мутации в этих генах могут увеличивать риск развития других врожденных нарушений черепно-лицевых движений."
Асакава продолжает, "По сравнению со связями между спинным мозгом и скелетными мышцами, которые генерируют движения нашего тела, связи мозга и глазных мышц обладают некоторыми особыми характеристиками, делающими их избирательно устойчивыми к дегенерации при фатальных заболеваниях двигательных нейронов, таких как боковой амиотрофический склероз (БАС). Мы ожидаем, что визуальные и генетически изменяемые связи между мозгом и глазными мышцами у рыб также имеют большой потенциал для выявления способа защиты мотонейронов от дегенерации при БАС."